變頻器的工作原理與安裝調(diào)試

1、變頻器的工作原理與安裝調(diào)試一、前言在這三年，主要學(xué)了數(shù)控機床的安裝與調(diào)試，廣州數(shù)控980T、928TC、928TE等，老師由淺到深，慢慢引導(dǎo)我去學(xué)習(xí)，打下了扎實的基礎(chǔ)，撐握了熟練的技能與操作。由于電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，伴隨著新的控制理論的提出與完善，使交流調(diào)速傳動，尤其是性能優(yōu)異的變頻調(diào)速傳動得到飛速的發(fā)展。近年來，變頻器的售價不斷下降，而其使用功能卻不斷提升和擴大，它現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于從一些數(shù)百瓦級的家用器械直到一些數(shù)千千瓦級的大型工業(yè)傳動裝置的驅(qū)動。交流變頻調(diào)速已從最初的只能用于風(fēng)機、水泵的調(diào)速過渡到應(yīng)用于各類要求，高精度、快響應(yīng)的高性能調(diào)速指標(biāo)的工業(yè)現(xiàn)場。變頻器的大量推廣使用，在

2、節(jié)能、省力化、自動化及提高生產(chǎn)率、提高質(zhì)量、減少維修和提高舒適性等多方面都取得了令世人矚目的應(yīng)用效果。但是，變頻器畢竟是近20年來新出現(xiàn)的一種蘊涵多種高新技術(shù)的電力電子產(chǎn)品，要想讓它發(fā)揮很好的應(yīng)用效果，就必須對它的選型和配置作深入的研究。變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機的工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。變頻器的廣泛應(yīng)用給工業(yè)帶來了巨大的發(fā)展。二、實訓(xùn)的目、與要求與內(nèi)容實訓(xùn)的目的（1）了解變頻器工作原理及連接方法。（2）了解變頻器在實際應(yīng)用的注意事項。（3）了解變頻器的安裝調(diào)試方法。實訓(xùn)的要求（1）掌握變頻器的工作原理及連接方法。（2）掌握變頻器的實際應(yīng)用的注意事項

3、。（3）掌握變頻器的安裝調(diào)試方法。實訓(xùn)的內(nèi)容隨著工業(yè)的發(fā)展，變頻器的廣泛應(yīng)用，但人們對變頻器的選用與安裝調(diào)試不太了解，現(xiàn)在以三菱FR-A740變頻器為例。對其的工作原理與安裝調(diào)試進(jìn)行講。三菱FR-A740變頻器的工件原理。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器主要是由主電路、控制電路組成。主電路:主電路是給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類

4、:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的逆變器。整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運轉(zhuǎn)。平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電

5、源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。逆變器:同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型PWM逆變器為例示出開關(guān)時間和電壓波形控制電路:控制電路是給異步電動機供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，如圖1所示，控制電路由以下電路組成：頻率、電壓的運算電路、主電路的電壓、電流檢測電路、電動機的速度檢測電路、將運算電路的控制信號進(jìn)行放大的驅(qū)動電路，以及逆變器和電動機的保護(hù)電路。運算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進(jìn)行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。電壓

6、、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。驅(qū)動電路：驅(qū)動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。速度檢測電路:以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器（tg、plg等）的信號為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。保護(hù)電路:檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。GBT欠壓鎖定保護(hù)(UVLO功能 ：在剛剛上電的過程中，芯片供電電壓由0V逐漸上升到最大值。如果此時芯片有輸出會造成IGBT門極電壓過低，那么它會工作在線性放大區(qū)。HCPL316J芯片的欠壓I鎖定保護(hù)的功能(

7、UVLO可以解決此問題。當(dāng)VCC與VE之間的電壓值小于12V時，輸出的低電平，以防止IGBT工作在線性工作區(qū)造成發(fā)熱過多進(jìn)而燒毀。示意圖詳見圖1中含UVLO部分。 圖1 HCPL-316J內(nèi)部原理圖IGBT過流保護(hù)功能：HCPL-316J具有對IGBT的過流保護(hù)功能，它通過檢測IGBT的導(dǎo)通壓降來實施保護(hù)動作。同樣從圖上可以看出，在其內(nèi)部有固定的7V電平，在檢測電路工作時，它將檢測到的IGBT CE極兩端的壓降與內(nèi)置的7V電平比較，當(dāng)超過7V時，HCPL-316J芯片輸出低電平關(guān)斷IGBT，同時，一個錯誤檢測信號通過片內(nèi)的光的反饋給輸入側(cè)，以便于采取相應(yīng)的解決措施。在IGBT關(guān)斷時，其CE極的

8、兩端的電壓必定是超過7V的，但此時，過流檢測電路失效，HCPL-316J芯片不會報故障信號。實際上，由于二極管的管壓降，在IGBT的CE 極間電壓不到7V時芯片就采取保護(hù)動作。 整個電路板的作用相當(dāng)于一個光耦隔離放大電路。它的核心部分是芯片HCPL-316J，其中由控制器(DSP-TMS320F2812產(chǎn)生XPWM1及XCLEAR*信號輸出給HCPL-316J，同時HCPL-316J產(chǎn)生的IGBT故障信號FAULT*給控制器。同時在芯片的輸出端接了由NPN和PNP組成的推挽式輸出電路,目的是為了提高輸出電流能力，匹配IGBT驅(qū)動要求。當(dāng)HCPL-316J輸出端VOUT輸出為高電平時，推挽電路上

9、管(T1導(dǎo)通，下管(T2截止， 三端穩(wěn)壓塊LM7915輸出端加在IGBT門極(VG1上，IGBT VCE為15V，IGBT導(dǎo)通。當(dāng)HCPL-316J輸出端VOUT輸出為低電平時，上管(T1截止，下管(T1導(dǎo)通，VCE為-9V，IGBT關(guān)斷。以上就是IGBT的開通關(guān)斷過程。三菱FR-A740變頻器的外形各部件。三、變頻器的安裝與安裝調(diào)試變頻器的選型變頻器的正確選用對于機械設(shè)備電控系統(tǒng)的正常運行是至關(guān)重要的。選擇變頻器，首先要按照機械設(shè)備的類型、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動轉(zhuǎn)矩和使用環(huán)境的要求，然后決定選用何種控制方式和防護(hù)結(jié)構(gòu)的變頻器最合適。所謂合適是在滿足機械設(shè)備的實際工藝生產(chǎn)要

10、求和使用場合的前提下，實現(xiàn)變頻器應(yīng)用的最佳性價比。恒定轉(zhuǎn)矩負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n無關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下TL總保持恒定或基本恒定。例如傳送帶、攪拌機，擠壓機等摩擦類負(fù)載以及吊車、提升機等位能負(fù)載都屬于恒定轉(zhuǎn)矩負(fù)載。變頻器拖動恒定轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載時，低速度下的轉(zhuǎn)矩要足夠大，并且有足夠的過載能力。如果需要在低速度下的穩(wěn)速運行，應(yīng)該考慮標(biāo)準(zhǔn)異步電動機的散熱能力，避免電動機的溫升過高。 恒定功率負(fù)載機床主軸和軋機、造紙機、塑料薄膜生產(chǎn)線中的卷取機、開卷機等要求的轉(zhuǎn)矩，大體與轉(zhuǎn)速成反比，這就是所謂的恒功率負(fù)載。負(fù)載的恒功率性質(zhì)應(yīng)該是就一定的速度變化范圍而言的。當(dāng)速度很低時，受機械強度的限制，TL不可能無限增大，

11、在低速度下轉(zhuǎn)變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩性質(zhì)。負(fù)載的恒功率區(qū)和恒定轉(zhuǎn)矩區(qū)對傳動方案的選擇有很大的影響。電動機在恒磁通調(diào)速時，最大容許輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；而在弱磁調(diào)速時，最大容許輸出轉(zhuǎn)矩與速度成反比，屬于恒功率調(diào)速。如果電動機的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速的范圍與負(fù)載的恒轉(zhuǎn)矩和恒定功率范圍相一致時，即所謂"匹配"的情況下，電動機的容量和變頻器的容量均最小。風(fēng)機、泵類負(fù)載在各種風(fēng)機、水泵、油泵中，隨葉輪的轉(zhuǎn)動，空氣或液體在一定的速度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的阻力大致與速度n的2次方成正比。隨著轉(zhuǎn)速的減小，轉(zhuǎn)速按轉(zhuǎn)速的2次方減小。這種負(fù)載所需的功率與速度的3次方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量、流量減小時，利用變頻器通過調(diào)

12、速的方式來調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量，可以大幅度地節(jié)約電能。由于高速時所需功率隨轉(zhuǎn)速增長過快，與速度的三次方成正比，所以通常不應(yīng)使風(fēng)機、泵類負(fù)載的超工頻運行。安裝與接線變頻器與供電電源之間應(yīng)裝設(shè)帶有短路及過載保護(hù)的低壓斷路器、交流接觸器，以免變頻器發(fā)生故障時事故擴大。電控系統(tǒng)的急?？刂茟?yīng)使變頻器電源側(cè)的交流接觸器開斷，徹底切斷變頻器的電源供給，保證設(shè)備及人身安全。注意：電磁波的干擾，變頻器輸出、輸入包含有諧波的成分，可能干擾變頻器的通訊設(shè)備（如AM收音機）。外圍設(shè)備的詳細(xì)情況及選件參照外圍設(shè)備的使用手冊。 接線方式端子的規(guī)格說明：四、檢查與運行變頻器通電前的檢查(1檢測機器型號與自己合同上的型號是否匹配。

13、(2檢測運輸過程中是否有機器損壞，螺絲松動脫落，是否機器內(nèi)部有雜物等。(3連接輸入電源線，檢測輸入線是否連接正確，是否松動。變頻器的試運行步驟：(1.變頻器先空載運行。1設(shè)置電機的功率、極數(shù),要綜合考慮變頻器的工作電流。2設(shè)定變頻器的最大輸出頻率、基頻、設(shè)置轉(zhuǎn)矩特性。3將變頻器設(shè)置為自帶的鍵盤操作模式,按運行鍵、停止鍵,觀察電機是否能正常地啟動、停止。4熟悉變頻器運行發(fā)生故障時的保護(hù)代碼,觀察過熱保護(hù)繼電器的出廠值,觀察過載保護(hù)的設(shè)定值,需要時可以修改。(2.輕載運行。1手動操作變頻器面板的運行停止鍵,觀察電機運行停止過程及變頻器的顯示窗,看是否有異常現(xiàn)象。2如果啟動P停止電機過程中變頻器出現(xiàn)

14、過流保護(hù)動作,應(yīng)重新設(shè)定加速P減速時間。3后重載運行。五、參數(shù)調(diào)試操作面板參數(shù)設(shè)置在進(jìn)行設(shè)備通訊之前，必須對變頻器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，首先在a7np卡上設(shè)置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點地址，必須要與step 7硬件組態(tài)中設(shè)置的地址完全一致，這個設(shè)置主要通過a7np上sw3,sw1的兩個旋鈕開關(guān)來調(diào)節(jié)的，另外其他主要參數(shù)設(shè)置如表1所示 ，它們是在fr-a740的操作面板設(shè)置的。六、維護(hù)工作溫度。變頻器內(nèi)部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，產(chǎn)品一般要求為055，但為了保證工作安全、可靠，使用時應(yīng)考慮留有余地，最好控制在40以下。在控制箱中，變頻器一般應(yīng)安裝在箱體上部，并嚴(yán)格遵守產(chǎn)品說明書中的安裝要求，絕對不

15、允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。環(huán)境溫度。溫度太高且溫度變化較大時，變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，其絕緣性能就會大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故。必要時，必須在箱中增加干燥劑和加熱器。在水處理間，一般水汽都比較重，如果溫度變化大的話，這個問題會比較突出。腐蝕性氣體。使用環(huán)境如果腐蝕性氣體濃度大，不僅會腐蝕元器件的引線、印刷電路板等，而且還會加速塑料器件的老化，降低絕緣性能。振動和沖擊。裝有變頻器的控制柜受到機械振動和沖擊時，會引起電氣接觸不良?；窗矡犭娋统霈F(xiàn)這樣的問題。這時除了提高控制柜的機械強度、遠(yuǎn)離振動源和沖擊源外，還應(yīng)使用抗震橡皮墊的固定控制柜外和內(nèi)電磁開關(guān)之類產(chǎn)生振動的元器

16、件。設(shè)備運行一段時間后，應(yīng)對其進(jìn)行檢查和維護(hù)。電磁波干擾。變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內(nèi)儀表和電子系統(tǒng)，應(yīng)該選用金屬外殼，屏蔽變頻器對儀表的干擾。所有的元器件均應(yīng)可靠接地，除此之外，各電氣元件、儀器及儀表之間的連線應(yīng)選用屏蔽控制電纜，且屏蔽層應(yīng)接地。如果處理不好電磁干擾，往往會使整個系統(tǒng)無法工作，導(dǎo)致控制單元失靈或損壞。防止輸入端過電壓。變頻器電源輸入端往往有過電壓保護(hù)，但是，如果輸入端高電壓作用時間長，會使變頻器輸入端損壞。因此，在實際運用中，要核實變頻器的輸入電壓、單相還是三相變頻器使用額定電壓。特別是電源

17、電壓極不穩(wěn)定時要有穩(wěn)壓設(shè)備，否則會造成嚴(yán)重后果。防雷。在變頻器中，一般都設(shè)有雷電吸收網(wǎng)絡(luò)，主要防止瞬間的雷電侵入，使變頻器損壞 。但在實際工作中，特別是電源線架空引入的情況下，單靠變頻器的吸收網(wǎng)絡(luò)是不能滿足要求的。在雷電活躍地區(qū)，這一問題尤為重要，如果電源是架空進(jìn)線，在進(jìn)線處裝設(shè)變頻專用避雷器(選件，或有按規(guī)范要求在離變頻器20m的遠(yuǎn)處預(yù)埋鋼管做專用接地保護(hù)。如果電源是電纜引入，則應(yīng)做好控制室的防雷系統(tǒng)，以防雷電竄入破壞設(shè)備。實踐表明，這一方法基本上能夠有效解決雷擊問題。小結(jié)： 總之，在設(shè)計、安裝、使用變頻器時一定要遵從變頻器使用說明書的指導(dǎo)。 各電氣設(shè)計人員，現(xiàn)場電氣調(diào)試人員可以在此基礎(chǔ)上完善此變頻器參考。結(jié)束語：隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展完善，交流變頻調(diào)速技術(shù)日益顯現(xiàn)出優(yōu)異的控制及調(diào)速性能，高效率、易維護(hù)等特點，加之它的價格不斷下降，使其在機械設(shè)備的調(diào)速領(lǐng)域中