變頻器應用技能教案(共11頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上變頻器應用的基本知識教學重點：1、變頻器的功能及作用 2、變頻器的分類 3、變頻器的三種控制方式教學難點：1、變頻器的分類 2、變頻器的三種控制方式教學目的：1、掌握變頻器的功能及作用。 2、掌握變頻器的調速原理。 3、掌握變頻器的速度控制方式。教學方法：教師講授、學生練習教學學時 4-6學時教學過程現(xiàn)代工業(yè)中應用變頻器的主要目的：一是電機控制采用變頻技術后可以節(jié)約電能，通過節(jié)能可以減少二氧化碳排放量，從而達到環(huán)保的目的；二是電機控制采用變頻技術后，電機的速度控制變得更加靈活方便，從而使工業(yè)自動化對速度控制變得更加容易。第一節(jié)交流異步電動機的轉速公式及變頻器調速的慨念

2、N=60f1/p(1-S)=n1(1-S)由交流異步電動機轉速公式可看出，影響轉速的因素有電源頻率f1，電機極對數(shù)p和轉差率S。因此，三相異步電動機就有了調壓調速（體現(xiàn)在調轉差率S），變極調速和變頻調速三種方式。對于變極調速，在拖動電路中的雙速電機控制線路中已學習過了，這種方式只能進行成倍數(shù)的調速，如電動機由四極變?yōu)閮蓸O，轉速由約1440轉/分改變?yōu)榧s2850轉/分。能進行連續(xù)調速的方式就只有調壓調速、滑差調速和變頻調速這三種，這三種調速方式是目前普遍采用的方式。調壓調速，電磁滑差調速和變頻速方式及比較見圖2-1-1. 電動機控制方式原理圖轉矩特性優(yōu)點缺點交流電機鼠籠式異步電動機定子電壓控制1

3、、 回路結構簡單。2、 可以動力制動，控制性能良好1、功率因數(shù)，效率隨著速度的降低而降低2、控制電機最大容量為30KW(空冷)。電磁滑差離合器1、回路結構簡單。2、電機結構堅固1、效率隨著速度的降低而降低2、不能制動。3、離合器部分體積大變頻器頻率控制1、速度控制范圍廣，效率高。2可4象限運轉，可進行轉矩控制回路結構較復雜。圖2-1-1交流異步電動機三種調速方式比較由比較可見，變頻調速具有調速范圍廣，效率高，還可以進行轉矩控制等優(yōu)點，因此，變頻調速是三相異步電動機調速最好的一種方式。實現(xiàn)變頻調速的裝置是變頻調速器（簡稱變頻器），它是通過將交流電的固定頻率改變成可變頻率來達到改變電動機轉速的目的

4、。變頻器就是接在交流電源和電動機之間的能的電器裝置。第二節(jié) 變頻調速器的分類變頻調速器按變換環(huán)節(jié)分，可分為交交變頻器和交直交變頻器。一 、交交變頻器交交變頻器是把頻率固定的交流電源直接變換成頻率連續(xù)可調的交流電源。其主要優(yōu)點是沒有中間環(huán)節(jié)，故變換效率高。但其連續(xù)可調的頻率范圍窄，一般為額定頻率的1/2以下（0<fn/2），所以它主要用于容量較大的低速拖動系統(tǒng)中，應用很少。目前應用最多的是交直交變頻器。所以，如無特殊說明，一般講變頻器都是指交直交變頻器。二、交直交變頻器交直交變頻器的結構組成如圖11所示，主要由整流器UR、逆變器UI和直流器中間環(huán)節(jié)和控制器四個基本部分組成。整流器UI先把電

5、壓頻率固定的交流電（CVCF）整流器成直流電，直流中間環(huán)節(jié)進行濾波處理，逆變器UI再把直流電逆變成頻率和電壓連續(xù)可調的交流電（vvvF），由于把直流電逆變成交流電環(huán)節(jié)較易控制，因此，在頻率的調節(jié)范圍、以及改善變頻后電動機的特性等方面。都具有明顯的優(yōu)勢。所以，現(xiàn)代工業(yè)上得到廣泛應用。三、 交直交變頻器各主要部分的功能說明：1、整流器UR主要由6只二級管構成橋式整流電路。功能是將電源的三相交流電（CVCF）整流成為直流電。2、中間直流環(huán)節(jié)又稱為直流儲能環(huán)節(jié)，主要由電抗器和電容器組成，功能是進行濾波和接受感性負載的無功率的回饋和交換。3、逆變器UI逆變器是變頻器的核心板部分，主要是由6只半導體開關器

6、件（一般都為IGBT管）組成，功能就是將直流電逆變成為交流電，在逆變過程中進行頻率和電壓的協(xié)調調節(jié)。4、控制器主要由微處理器和相應的軟件構成，功能是接受指令、進行運算，對逆變器的開關器進行控制、對整流電壓進行控制、完成各種保護功能和顯示變頻器各種運行數(shù)據(jù)。第三節(jié) 交直交變頻器的主電路構成交直交變頻器的主電路如圖12，電路說明如下：一 、交直部分1 、整流管的功能；D1組成三相整流橋，將電源的三相交流電整流為直流電。如電源的線電壓為L，則三相全波整流后平均直流電壓d的大小是Ud =1.35我國三相電源的線電壓為，故全波整流后的平均直流電壓d.380V=513V2、波電容器的功能；（）濾平全波整流

7、后的電壓紋波；（2）當負載變化時，使直流電壓保持平穩(wěn)。3、限流電阻與的功能；當變頻器剛合上電源的瞬間，濾波電容器電電流是很大的。過大的沖擊電流將可能使三相整流橋的二級管損壞。為了保護整流橋，在變頻器剛接通電源后的一段時間里，電路內串人限流電阻RL，其作用是將電容器CF的充電電流限制在允許范圍以內。開關SL的功能是；當CF的充電到一定程度時，令SL接通，將RL短路掉。許多新系列的變頻器里，SL已由晶閘管代替，如圖中虛線所示。4、電源指示LED的功能；LED除了表示電源是否接通以為，還有一個十分重要的功能，即在變頻器切斷電源后，表示濾波電容器CF上電荷是否已經釋放完畢。由于CF 的容量較大，而切斷

8、電源又必須在逆變器電路停止工作的狀態(tài)下進行，因此如CF放電時間往往過長達數(shù)分鐘。又由于CF上得電壓較高，如不放完，對人身安全將構成威脅。故在維修變頻器時，必須等LED完全熄滅后才能接觸變頻器內部的導電部分。二、直交部分1、逆變器TR1TR6的功能；TR1TR6組成逆變橋，把D1-D6整流所得的直流電，在“逆變”成頻率可調的交流電。這是變頻器實現(xiàn)變頻的具體執(zhí)行環(huán)節(jié)，因而是變頻器的核心部分。當前常用的逆變管絕大多數(shù)都采用絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。2、續(xù)流二級管VD1VD6的功能；（1）電動機的繞組是電感性的，其電流具有無功分量。VD1VD6為無功電流返回直流電源時提供“通道”。（2）當頻率下降

9、、電動機處于再生制狀態(tài)時，再生電流將通過VD1VD6返回給直流電路。（3）TR1TR6進行逆變的基本工作過程是，同一橋臂的兩個逆變管，處于不停地交替導通和截止的狀態(tài)。在這交替導通和截止的換相過程中，也不時地需要VD1VD6提供通路。由于變頻器載波頻率很高，所以續(xù)流二極管VD7VD12必須是高速二極管，而不能采用普通二極管。三、直流制動單元制動電阻RB的功能；電動機在工作頻率下降過程中，將處于再生制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能要反饋到直流電路中，使直流電壓Ud保持在允許范圍內，制動電阻RB就是用來消耗這部分能量的。由大功率晶體管GB及其驅動電路構成，其功能是為放電電流IBl流經RB提供通路。第四節(jié) 變

10、頻器的逆變元件IGBTIGBT的基本結構如圖13，其等效電路和圖形符號見圖14。它有3個電極分別是漏極D（相當于晶體管的電極C）、源極S（相當于晶體管的發(fā)射極E）和柵極G（相當于晶體管B）。IGBT的工作特點是，控制部分與場效應晶體管相同，控制信號為電壓信號UGE，輸入阻抗很高，柵極電流IG0，故驅動功率很小，因此IGBT又稱為電壓控制器件（大功率晶體管GTR是電流控制器件），由于IGBT是MOSFET和GTR相結合的復合管，所以其主電路部分則與GTR相同。迄今，IGBT的擊穿電壓已做到1200V，集電極最大飽和電流已超過1500A，由IGBT作為逆變器件的變頻器容量已達250KVA以上。此外

11、，IGBT其工作頻率高，可達20KHZ。由IGBT作為逆變器件的變頻器的載波頻率一般都在10KHZ以上，故電動機的電流波形比較平滑，基本無電磁噪聲。目前，在新系列的中小容量變頻器中，IGBT已處于絕對優(yōu)勢的地位。第五節(jié) 變頻器的三種控制方式一般來說，當電動機在額定轉速以下調速時，其帶負荷能力將下降，這無疑給變頻調速帶來了暇點，影響其普及與推廣。所以，如何改善變頻后的機械特性，就成為了人們關注的焦點。一般的電開環(huán)變頻調速系統(tǒng)雖然比較簡單，但不能保證必要的調速精度，而且在動態(tài)過程中由于不能保持所需的轉矩，動態(tài)性能也很差。因此，這種系統(tǒng)中只能用于對調速精度和動態(tài)性能要求不高的場合。我們知道，直流雙閉

12、環(huán)調速系統(tǒng)由良好的性能指標，它在靜態(tài)上可以達到無差調節(jié)，在動態(tài)過程中又可維持電機的電磁轉矩接近最大值，從而具有優(yōu)良的動態(tài)性能。這是因為在直流它激電動機中，只要調節(jié)電樞電流就可以控制電機的轉矩，而在異步電動機中，轉矩的控制卻是一個困難而復雜的問題，從下面的分析可知，鼠籠式異步電動機的轉矩與氣隙磁通、轉子電流以及轉子電路的功率因素有關。這些量都不是獨立的變量，它們都是轉差率的函數(shù)，而且又難以直接測量和控制。異步電動的轉矩之所以難以控制，其根本原因也就在于此。如果不解決異步電動機的轉矩控制問題，即使作成速度閉環(huán)系統(tǒng)，其動態(tài)性能仍得不到改善。一 V/F控制的基本概念V/F控制是最早提出的一種比較簡便的

13、方法。它是針對Ku=Kf 下降時，Ux在Ux中所占比例增大，造成M和Tkx下降的情況，采取適當提高調壓比而使Ku.>Kf的方法，來抵償比值Ux在Ux的增大，最終使電動機的臨界轉矩得到補償。這種方法稱為轉矩補償，因為是通過提高V/F比（即Ku>kf）而得到的，故又稱V/F控制或電壓補償。二 轉差頻率控制的基本慨念轉差頻率控制是一種解決異步電動機電磁轉矩控制問題的方法之一，采用這種控制方案的調速系統(tǒng)，可以獲得與直流恒磁通調速系統(tǒng)相類似性能。由異步電動機電的轉矩關系式M*可看出，如果維持氣隙磁通不變，則異步電動機電的轉矩近似和轉差角頻率（或轉差頻率f2）成正比。因此只有 在恒磁通的條件下

14、，控制（或f2），也就達到了控制轉矩的目的。這就是轉差頻率控制的基本思想。三、失量控制的基本念對于直流電動機，當勵磁電流Ia不變時，即其磁通不變，電磁轉矩與電樞電流成正比，也就是說控制Ia就可以控制電磁轉矩T。因此在直流電動機中獲得良好的動態(tài)特性是很容易實現(xiàn)的。直流電動機的磁通和電樞電流Ia可以獨立進行控制，是一種典型的解藕控制，異步電動機的失量控制就是仿照直流電動機的控制方式，把定子電流的磁場分量和轉矩分量解藕開來，分別加以控制，這種解藕實際上是把異步電動機的物理模型設法等效地變換成類似于直流電動機的模式，對磁場分量和轉矩分量分別進行控制，使交流電動機得到與直流電動機一樣優(yōu)良的動態(tài)調速性能。四、V/F控制、轉差頻率控制和失量控制的異同1、V/F控制、轉差頻率控制和失量控制的相同之處是它們最終控制電動機的電磁轉矩，即他們的控制目的是相同的。2、V/F控制、轉差頻率控制和失量控制的不同之處是它們完成控制的手段和方法不同。 V/F控制是直接控制Ku和Kf的比率，來達到控制電動機的轉矩的目的。轉差頻率控制是基本保持電機氣隙磁通的恒定，直接控制轉差頻率來達到控制電機的轉矩的目的。失量控制則是將電機電流的磁場分量和轉矩分量進行失量分解，再分別加以控制來達到控制電機的轉矩的目的。思考