變頻器的原理及其應(yīng)用

1、變頻器的原理及應(yīng)用變頻器的原理及應(yīng)用 1 變頻器的產(chǎn)生原因 在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，三相異步電動機(jī)，以其簡單的結(jié)構(gòu)，可靠的性能，成為現(xiàn)場設(shè)備的主要動力源。 然而現(xiàn)場設(shè)備往往需要根據(jù)現(xiàn)場的情況來控制其運(yùn)行速度或者負(fù)荷的大小。這就要求能對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速。1 變頻器的產(chǎn)生原因 根據(jù)電動機(jī)工作原理，我們可以得到電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式: 因此我們可以得出三相異步電動機(jī)的三種調(diào)速方法： 1.變極調(diào)速 2.改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 3 變頻調(diào)速。 )1 (60spfn變極調(diào)速變極調(diào)速的機(jī)械特性曲線/YY接變極調(diào)速的機(jī)械特性 Y/YY接變極調(diào)速的機(jī)械特性變極調(diào)速原理 ： 電源頻率不變、改變定子繞組極數(shù)，使電機(jī)同步轉(zhuǎn)速改變。結(jié)論：有級

2、調(diào)速，平滑性差，若采用兩套繞組，則材料消耗多，電機(jī)體積增加，成本增大。近年來，工程實(shí)際中一般采用單繞組變極調(diào)速，即通過改變一套繞組的聯(lián)結(jié)方式獲得不同的極對數(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。不適用于轉(zhuǎn)子極對數(shù)固定的繞線式電動機(jī)改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變頻調(diào)速改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變頻調(diào)速 我們知道三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性參數(shù)表達(dá)式為和最大轉(zhuǎn)差率表達(dá)式分別為： 221221221)()(xxsrrsrumts212xxrsm改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變頻調(diào)速改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變頻調(diào)速 三相異步電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩公式為: 從最大轉(zhuǎn)矩公式可也看出變頻調(diào)速時最大轉(zhuǎn)矩不變，當(dāng)頻率較小時最大轉(zhuǎn)差率變大，這就印證了先前給出的變頻時的機(jī)械特性曲線)(221211xx

3、umtsm改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速snsm10TLUN0TstTmaxTemn1A0.8UN0.64Tst0.64Tmax降低定子電壓機(jī)械特性曲線改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速定子回路串電阻機(jī)械特性曲線1 0TstTmTems n0n1smr2Tst1sm1r2+Rs1Tst2sm2r2+Rs2r2+Rs3改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 一般性結(jié)論： 當(dāng)轉(zhuǎn)速降低（s 增高）時，效率下降，轉(zhuǎn)子損耗功率增高，故經(jīng)濟(jì)性不高。嚴(yán)重時由于散熱效果不好，導(dǎo)致調(diào)速失敗。 變頻調(diào)速的結(jié)論變頻調(diào)速基頻以下恒壓頻比調(diào)速eTOnN0n03n02n01nN1111213131211N1變頻調(diào)速基頻以上恒壓調(diào)速變頻調(diào)速基頻以下和基頻以上的調(diào)速對比變頻調(diào)速基頻以

4、上、基頻以下恒功率和恒轉(zhuǎn)矩的由來變頻調(diào)速一般結(jié)論：基頻以下為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；基頻以上為恒功率調(diào)速；變頻調(diào)速過程中，異步電動機(jī)機(jī)械特性的硬度保持不變，調(diào)速范圍寬；頻率連續(xù)可調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。變頻調(diào)速的結(jié)論變頻器的分類 眾所周知變頻器的分類按其工作原理可以下兩種變頻器: 1.交-交變頻器 2.交-直-交變頻器1 交-交變頻器 由于交-交變頻器通過對交流電路直接變換，把工頻直接變化成更低頻率的交流電，一般用于大功率交流電動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)。三相交-交主要有兩種接線方式即:公共交流母線進(jìn)線方式和輸出星形連接方式接線方式如下圖所示:1 交-交變頻器1 交-交變頻器2 交交-直直-交變頻器交變頻器 2.1 通

5、用交通用交-直直-交變頻器的結(jié)構(gòu)交變頻器的結(jié)構(gòu) 1、簡化結(jié)構(gòu)框圖、簡化結(jié)構(gòu)框圖 2、基本結(jié)構(gòu)圖、基本結(jié)構(gòu)圖3、內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖、內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2 交交-直直-交變頻器交變頻器 我們知道交-直-交變頻器的主電路有整流電路，中間直流電路，還有逆變電路組成，由于逆變器一般采用大功率的IGBT絕緣雙極性晶體管和續(xù)流二極管構(gòu)成，屬于全空型器件，因此可以工作在逆變和整流兩個狀態(tài)，這就很好的解釋了，當(dāng)電網(wǎng)晃后，變頻器能保持繼續(xù)運(yùn)行的現(xiàn)象。2 交交-直直-交變頻器交變頻器 正常情況下，變頻器的逆變電路工作在逆變狀態(tài)，但是當(dāng)出現(xiàn)電網(wǎng)晃電時，如果是用晶閘管構(gòu)成的整流電路，那么此時變頻器的直流母線電壓便會瞬間降低，變頻器

6、判定為晃電時，便以發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行變頻器，降低輸出頻率和直流母線電壓，電動機(jī)工作在回饋制動狀態(tài)如下圖所示：2 交交-直直-交變頻器交變頻器2 交交-直直-交變頻器交變頻器 我們知道交-直-交變頻器的的逆變部分由可控器件IGBT和續(xù)流二極管(又稱反饋二極管）構(gòu)成，當(dāng)電網(wǎng)晃電時，變頻器的整流部分停止工作，直流母線電壓急劇下降，當(dāng)直流母線電壓小于處于回饋制動端電壓電壓時，反饋二極管便導(dǎo)通，逆變電路便變成有回饋二極管構(gòu)成的整流電路，向變頻器提供能量，維持變頻器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，使變頻器的直流母線電壓2 交交-直直-交變頻器交變頻器維持某一合適的數(shù)值。 那么請大家思考，當(dāng)變頻器拖動慣性比較大的負(fù)荷時，施耐德變頻

7、器在基礎(chǔ)的V/F控制模式下減速時為什么報“制動過速”故障呢而在矢量模式下沒有？2 交交-直直-交變頻器交變頻器 答案是類似的，當(dāng)變頻器減速時，如果是在V/F控制下運(yùn)行電動機(jī)，那么電動機(jī)此時因?yàn)闆]有提取轉(zhuǎn)子磁通及轉(zhuǎn)速，無法確定電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，因而只能按既定的V/F曲線運(yùn)行變頻器及電動機(jī)，此時電動機(jī)由于大慣性，在變頻器減速運(yùn)行時，一直處于回饋制動狀態(tài)，此時，三相異步電動機(jī)端電壓比較高，使逆變2 交交-直直-交變頻器交變頻器 電路變成由反饋二極管組成的三相橋式整流電路。然而變頻器的整流電路卻是由半控器件晶閘管構(gòu)成無法實(shí)現(xiàn)有源逆變反饋電網(wǎng)。當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n1和變頻器給出的同步轉(zhuǎn)速n之差很大時，電

8、動機(jī)的端電壓很大，當(dāng)平均值超過（2.34-2.45)u相即889-931v電動機(jī)的電能便反送直流母線。使直流母線出線2 交交-直直-交變頻器交變頻器 泵升電壓，此時泵生電壓如果不趕緊消除，便有可能超過整流電路晶閘管的反向擊穿電壓，導(dǎo)致變頻器主電路損壞。 解決辦法如下： 1:加大電動機(jī)的減速時間。 2：外接制動電阻。 3：采用矢量控制。2 交交-直直-交變頻器交變頻器 那么問題又來了，為什么變頻器的矢量控制很少出現(xiàn)制動過速呢？2 交交-直直-交變頻器交變頻器 答案要從變頻器的矢量控制原理入手，我們知道傳統(tǒng)的V/F控制是基于三相異步電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)某型提出的控制算法，能滿足大多速應(yīng)用場合，比如咱們廠大

9、多速風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載，對調(diào)速精度要求不是很高。然而三相異步電動機(jī)是一種非線性、強(qiáng)耦合、多變量的執(zhí)行器，要追求高精度，動態(tài)性能好的控制，必須對其2 交交-直直-交變頻器交變頻器 建立動態(tài)模型進(jìn)行分析，下面就簡單的介紹一種三相異步電動機(jī)的動態(tài)模型。 我們知道直流電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩比較大，調(diào)速性能也比較好，且勵磁磁場和電樞磁場由于是垂直關(guān)系不存在耦合，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，且需要直流電，因而直流電動機(jī)在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用受到限制，三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，加之交流電便于生產(chǎn)和傳輸，以及調(diào)速方法的日益成熟，因而其廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。2 交交-直直-交變頻器交變頻器 然而，直流電動機(jī)的調(diào)速性

10、能卻是交流異步電動機(jī)所追求的，于是，下圖的控制模型便產(chǎn)生了，如下圖所示2 交交-直直-交變頻器交變頻器 我們知道在控制理論中，如果我們能列出某一執(zhí)行器的狀態(tài)方程，那么這個執(zhí)行器的運(yùn)行工作狀態(tài)便可以唯一確定。三相異步電動機(jī)也不例外。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速w 為被控量，因此選其為狀態(tài)變量之一。定子電流I也比較容易測量，也選為狀態(tài)變量之一。恒定的轉(zhuǎn)子磁通是高性能的調(diào)速所追求的目標(biāo)，因此也選為狀態(tài)變量。2 交交-直直-交變頻器交變頻器 那么此時輸入變量我們可以選擇定子電壓，同步角轉(zhuǎn)速w1，以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩，那么輸出變量變?yōu)檗D(zhuǎn)子磁通以及轉(zhuǎn)子角速度w。在旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動態(tài)狀態(tài)方程為：2 交交-直直-交變頻器交變頻器

11、2 交交-直直-交變頻器交變頻器變換到m-t坐標(biāo)系的狀態(tài)方程為：2 交交-直直-交變頻器交變頻器 從上面變頻器的矢量控制方框圖，以及狀態(tài)方程不難看出，變頻器可以動態(tài)的控制電動機(jī)的達(dá)到目的狀態(tài)的過程而傳統(tǒng)的V/F控制，只是按照V/F曲線控制，對電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)不是完全掌握，因此采用矢量控制減速時變頻器可以根據(jù)電動機(jī)的實(shí)際狀態(tài)加以控制，而V/F控制不能掌握電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致變頻2 交交-直直-交變頻器交變頻器 器，直流母線升高，超過準(zhǔn)許值，報啟動加速故障。上面介紹完變頻器的兩大控制方式，下面介紹一下AB變頻器的應(yīng)用，以及正常使用時的注意事項(xiàng)。AB變頻器的使用方法 AB變頻器是羅克韋爾自動化公司

12、生產(chǎn)的變頻器，羅克韋爾是美國自動化生產(chǎn)領(lǐng)域比較有名氣的公司，其生產(chǎn)的AB可編程控制器PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得了廣泛引用，其變頻器良好的控制效果，友好的人機(jī)界面也使其，得到越來越多的應(yīng)用。AB變頻器的使用方法AB變頻器的控制模式可以從端口0的35號參數(shù)得知AB變頻器的使用方法 由上圖可知主要有三種控制模式，即速度矢量控制、磁通矢量控制以及傳統(tǒng)的V/F控制，具體選擇哪種控制模式要根據(jù)控制要求以及被控制電機(jī)所帶的負(fù)荷決定，對于丙烷脫氫變電所變頻器所帶的負(fù)荷大多為風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載，屬于非精確控制，傳統(tǒng)的V/F控制即可滿足控制要求。 經(jīng)觀察被控對象運(yùn)行穩(wěn)定。AB變頻器的使用方法AB變頻器的端口如下圖所示AB變頻器的使用方法AB變頻器的端口介紹AB變頻器的使用方法AB變頻器的人際接口-操作面板介紹AB變頻器的使用方法導(dǎo)航鍵和數(shù)字鍵的介紹AB變頻器的使用方法單功能鍵介紹AB變頻器的使用方法AB變頻器面板液晶顯示AB變頻器的使用方法AB變頻器面板液晶顯示-狀態(tài)欄AB變頻器的使用方法AB變頻器的參數(shù) AB變頻器的參數(shù)組織方式分為線性組織方式和文件夾組織方式，線性組織方式顧名思義按端口號從小到大一次排列。文件夾組織方式是把參數(shù)按使用功能進(jìn)行分組，便于查找和調(diào)試。但實(shí)際操作也不太方面，單方面用電腦調(diào)試。AB變頻器的使用方法 我們知道變頻器就和我們的電腦一樣，得