變頻技術原理與應用結課論文

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、 論文目的及意義 1\o"CurrentDocument"1、 目的 1\o"CurrentDocument"2、 意義 1\o"CurrentDocument"二、 變頻器基礎 1\o"CurrentDocument"1、 變頻器的結構 1\o"CurrentDocument"2、 變頻的作用 3\o"CurrentDocument"3、 變頻器控制方式 4\o"CurrentDocument"4、 變頻器調速方式 4\o"CurrentDocument"三、 通用變頻器 51、 概述 5\o"CurrentDocument"2、 特點: 5四、 通用變頻器控制舉例（西門子變頻器面板控制方法） 5\o"CurrentDocument"1、 西門子變頻器部分常用參數(shù)功能介紹 5\o"CurrentDocument"2、 變頻器出廠值恢復 6\o"CurrentDocument"3、 變頻器常用參數(shù)設置 6\o"CurrentDocument"4、 快速調試參數(shù)設置 6\o"CurrentDocument"五、 心得 6―、論文目的及意義1、 目的變頻是一種用來改變交流電頻率的電氣設備。此外，它還具有改變交流電電壓的輔助功能。隨著半導體電子設備的出現(xiàn)，人們已經可以生產完全獨立的變頻器。變頻器控制技術也就成了從事變頻調速設計和應用工程技術人員必須掌握的工程技術之一。所以本文通過介紹變頻器基本原理來更深刻理解變頻原理及變頻器構成；由于通用變頻器適用范圍廣有利于變頻器批量化生產，標準化控制所以本文通過介紹西門子通用變頻器的基本操作希望可以舉一反三清楚其他類型變頻器的基本操作，可以在操作其它變頻器時可以更快更好的上手操作。2、 意義變頻器主要研究內容及關鍵技術主要有以下幾種：高壓、大電流技術、新型電力電子器件的應用技術、全數(shù)字自動化控制技術、現(xiàn)代控制技術。變頻器近年來在工業(yè)生產各環(huán)節(jié)得到了廣泛的應用，不管是工業(yè)設備上還是家用電器上都會使用到變頻器，變頻技術是應交流電機無級調速的需要而誕生的。但是隨著半導體電子設備的出現(xiàn)，人們已經可以生產完全獨立的變頻器，進而變頻逐漸進入了各行各業(yè)。我國工業(yè)技術雖然有了較大的發(fā)展，但目前仍是處于一個工業(yè)化中期社會，技術發(fā)展還不平衡，在很多企業(yè)生產中，表現(xiàn)出來最明顯的特征依舊是能源消耗多，生產效率較低，產品質量參差不齊；能效比不高，陳、舊、老設備在國民生產中仍舊占較大的比重。變頻調速的應用，就是要改造這些設備，以達到節(jié)約能源的目的。了解通用變頻器的基本工作原理，可以更好的學習使用工業(yè)變頻器完成對機械執(zhí)行器件的變頻控制達到節(jié)能效果。二、變頻器基礎1、變頻器的結構變頻器主要是由主電路、控制電路組成，如圖1。1.1、主電路是給異步電動機提供調壓調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: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。主電路由三部分構成，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生的電壓脈動的“平波回路”即直流中間環(huán)節(jié)，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。整流器：整流電路的功能是把交流電源轉換成直流電源。整流電路一般都是單獨的一塊整流模塊.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成可逆變流器，由于其功率方向可逆，所以可以進行再生運轉。如圖2為PWM整流器原理圖，圖中VT1?VT6為主開關管IGBT，構成整流電路。平波回路：平波電路在整流器、整流后的直流電壓中含有電源6倍頻率脈動電壓，此外逆變器產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，如果電源和主電路構成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。一般通用變頻器電源的直流部分對主電路而言有余量，故省去電感而采用簡單電容濾波平波電路。如圖中Ld為直流側濾波電感，主要作用是存儲電能變換過程中的無功能量。逆變器：逆變電路同整流電路相反，逆變電路是將直流電壓變換為所要頻率的交流電壓，以所確定的時間使上橋、下橋的功率開關器件導通和關斷。從而可以在輸出端J、V、W三相上得到相位互差120。電角度的三相交流電壓。以電壓型PWM逆變器為例示出開關時間和電壓波形。如圖3為三相逆變電路1.2、控制電路是給異步電動機供電（電壓、頻率可調）的主電路提供控制信號的回路，如圖4所示即為控制電路一般原理圖?？刂齐娐酚深l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行放大的“驅動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”組成?，F(xiàn)在變頻調速器基本是用16位、32位單片機或DSP為控制核心，從而實現(xiàn)全數(shù)字化控制。（1） 運算電路：將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。（2） 電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。（3） 驅動電路：驅動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導通、關斷。（4） 速度檢測電路：以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器的信號為速度信號，送入運算回路，根據指令和運算可使電動機按指令速度運轉。（5） 保護電路:檢測主電路的電壓、電流等，當發(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。2、變頻的作用2.1、 調速：普通的三相異步電動機，加裝變頻后可以實現(xiàn)調速功能。即任意地改變電動機的轉速，本公司變頻器的頻率范圍是：0-650HZ2.2、 節(jié)能：變頻器調速比傳統(tǒng)的電磁調速可以節(jié)電25%-80%，具體節(jié)電的多少就要在看客戶的設備的不同而不同；2.3、 軟啟動：變頻器啟動對機械設備沒有危害，而硬啟動則反之。3、 變頻器控制方式根據不同的變頻控制理論，其常用非智能控制模式主要有以下幾種。3.1、 V/f控制：V/f控制是為了得到理想的轉矩-速度特性，基于在改變電源頻率進行調速的同時，又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。3.2、 轉差頻率控制：轉差頻率控制是一種直接控制轉矩的控制方式，它是在V/f控制的基礎上，按照知道異步電動機的實際轉速對應的電源頻率，并根據希望得到的轉矩來調節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動機具有對應的輸出轉矩。3.3、 矢量控制：矢量控制是通過矢量坐標電路控制電動機定子電流的大小和相位，以達到對電動機在d、q、0坐標軸系中的勵磁電流和轉矩電流分別進行控制，進而達到控制電動機轉矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時間以及零矢量的作用時間，又可以形成各種PWM波，達到各種不同的控制目的。3.4、 其他非智能控制方式：在實際應用中，還有一些非智能控制方式在變頻器的控制中得以實現(xiàn)，例如直接轉矩控制、最優(yōu)控制、自適應控制、滑模變結構控制、差頻控制、環(huán)流控制、頻率控制等。4、 變頻器調速方式變頻調速就是通過改變輸入到交流電機的電源頻率，從而達到調節(jié)交流電動機的輸出轉速的目的。交流異步電動機的輸出轉速由下式確定：n=60f（1—S）/p （1）式中：n——電動機的輸出轉速；f——輸入的電源頻率；S——電動機的轉差率；p——電機的磁極對數(shù)。由公式（1）可知，電動機的輸出轉速與輸入的電源頻率、轉差率、電機的極對數(shù)有關系，因而交流電動機的直接調速方式主要有變極調速（調整p）、轉子串電阻調速或串級調速或內反饋電機（調整S）和變頻調速（調整f）等。

三、通用變頻器能夠適用于所有負載的變頻器，就是通用型變頻器。電力電子器件的自關斷化、模塊化，變流電路開關模式的高頻化和控制手段的全數(shù)字化促進了變頻電源裝置的小型化、多功能化、高性能化。尤其是控制手段的全數(shù)字化，利用了微型計算機的巨大的信息處理能力，其軟件功能不斷強化，使變頻裝置的靈活性和適應性不斷增強。目前中小容量的一般用途的變頻器已經實現(xiàn)了通用化。采用大功率自關斷開關器件（GTO、BJT、IGBT）作為主開關器件的正弦脈寬調制式（SPWM）變頻器，已成為通用變頻器的主流。2、特點：低頻轉矩輸出180%，低頻運行特性良好；輸出頻率最大600Hz，可控制高速電機；全方位的偵測保護功能（過壓、欠壓、過載）瞬間停電再起動;加速、減速、動轉中失速防止等保護功能；電機動態(tài)參數(shù)自動識別功能，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性；高速停機時響應快；>豐富靈活的輸入、輸出接口和控制方式，通用性強；采用SMT全貼裝生產及三防漆處理工藝，產品穩(wěn)定度高；全系列采用IGBT功率器件，確保品質的高質量。、通用變頻器控制舉例（西門子變頻器面板控制方法）、通用變頻器控制舉例（西門子變頻器面板控制方法）1、西門子變頻器部分常用參數(shù)功能介紹電動機的可變狀態(tài)信息都以固定參數(shù)的形式固化在變頻器的內部，我們通過變頻器來控制電動機的實質就是通過改變內部參數(shù)的設定值來改變電動機的運行狀態(tài)。采用面板操作模式控制電動機運行，其核心在于通過操作面板對變頻器內部參數(shù)進行修改。西門子變頻器的參數(shù)有標準訪問級、擴展訪問級、專家訪問級和維修級4個用戶訪問級。訪問等級由參數(shù)P0003來選擇。對于大多數(shù)應用對象，只要標準訪問級（P0003設置為1）和擴展訪問級（P0003設置為2）參數(shù)就足夠了。2、 變頻器出廠值恢復當初次拿到變頻器進行電動機控制時，首先要將變頻器內部的全部參數(shù)復位為工廠缺省值，以避免由于上次使用對本次操作造成的影響。其具體方法是使用操作面板將參數(shù)P010設置為30，參數(shù)P0970設置為1,完成復位一般需要10s。3、 變頻器常用參數(shù)設置西門子變頻器參數(shù)P0004為參數(shù)過濾功能，一般情況下設置為0，顯示所有參數(shù)。參數(shù)0005為LCD顯示選擇，可以顯示頻率、輸出電壓、輸出電流等，一般設置為21，顯示當前電動機運行頻率。P0700為操作模式選擇，如果要采用面板操作的控制模式，需要將內部參數(shù)設置為1。P1000為頻率及設定選擇，采用面板操作時需要將參數(shù)設置為1，就可以使用數(shù)值增加鍵和減少鍵來控制頻率大小。P1080和P1082為最大和最小頻率，P1120和P1121為加速和減速時間，在設定好上述兩組參數(shù)后，電動機將在指定的頻率范圍內運行，并按照設定好的時間運行到相應的頻率。4、 快速調試參數(shù)設置西門子變頻器驅動西門子標準電動機時，如無特殊控制要求，可直接連接使用。因為西門子變頻器出廠時已按西門子標準電動機的常規(guī)控制對象進行編程。如果用戶采用的是其他型號的電動機，使用西門子變頻器控制時，就必須輸入電動機銘牌上的規(guī)格數(shù)據。P0304和P0305分別為電動機的額定電壓和額定電流。P310是電動機的額定頻率，P311是電動機的額定轉速。五、心得首先，通過改變交流電頻率的方式實現(xiàn)交流電控制的技術就叫變頻技術，變頻技術是應交流電機無級調速的需要而誕生的，但是現(xiàn)在變頻技術已經深入到我們生產生活的方方面面例如家電、電機控制、照明、電源等。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內部電力電子器件的開關來調整輸出電源的電壓和頻率，根據外部負載的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調速的目的。其次，在變頻技術這門課程中通過對變頻器原理的分析更加深刻的了解到變頻技術原理，電力電子元器件的使用更大大擴大了變頻的功能，隨著電力電子技術與信息技術的發(fā)展變頻逐漸趨向與集成化智能控制。同時通過對變頻應用于