變頻器應(yīng)用技術(shù)2014

變頻器應(yīng)用及控制技術(shù)變頻器的問世，使得交流調(diào)速在很大程度上取代了直流調(diào)速。

什么是變頻器？

變頻器是將固定頻率（工頻電源50Hz或60Hz）的交流電變換為頻率連續(xù)可調(diào)的交流電的裝置。交流電動機(jī)使用變頻調(diào)速的意義：交流電動機(jī)使用變頻調(diào)速技術(shù)具有節(jié)能、改善生產(chǎn)流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量和易于實(shí)現(xiàn)自動控制等許多優(yōu)勢，是國際公認(rèn)的最具發(fā)展前途的調(diào)速方式。變頻器作為一種智能調(diào)速設(shè)備，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種大型自動化生產(chǎn)線及各類電機(jī)控制上，如：造紙、軋鋼、印染、電力機(jī)車和機(jī)械加工等領(lǐng)域。變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域：變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域：變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域：變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域：機(jī)座端蓋風(fēng)扇接線盒定子繞組鼠籠轉(zhuǎn)子端環(huán)散熱筋軸軸承三相感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖交流電動機(jī)結(jié)構(gòu)鼠籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)體用銅條或鋁條，兩頭用端環(huán)聯(lián)接。結(jié)構(gòu)可靠簡單，但是轉(zhuǎn)子電阻固定。繞線式轉(zhuǎn)子

接成Y型的三相繞組通過滑環(huán)和電刷與外電路聯(lián)接，便于串入電阻改善電動機(jī)的運(yùn)行性能。ABC~CBAit1AZBXCYNS2NS3NS4NS5NS6NSNSNSNSNSNSNSNSe2,i2ffT,nn1三相感應(yīng)式電動機(jī)的工作模型規(guī)定電流從首端流入、末端流出時為正。1、當(dāng)三相感應(yīng)電動機(jī)定子接三相電源時，在氣隙中產(chǎn)生以同步速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。2、旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。3、轉(zhuǎn)子繞組自行閉合，轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生電流。4、轉(zhuǎn)子繞組在磁場中受力，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)磁場

1、在三相對稱繞組中通入三相對稱的電流會在氣隙中形成一個旋轉(zhuǎn)磁場。

2、旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（同步速）:

3、改變通入電流的相序（對調(diào)任意兩根電源線）就可以改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向。電網(wǎng)頻率電機(jī)的極對數(shù)交流調(diào)速方式異步電動機(jī)：變頻

(他控式、自控式）變極調(diào)壓串電阻串級電磁轉(zhuǎn)差離合器耗能型有級調(diào)速設(shè)備費(fèi)用高變頻調(diào)速的原理什么是通用變頻器和專用變頻器？（1）通用變頻器通用變頻器的特點(diǎn)是其通用性，可應(yīng)用在標(biāo)準(zhǔn)異步電機(jī)傳動、工業(yè)生產(chǎn)及民用、建筑等各個領(lǐng)域。通用變頻器的控制方式，已經(jīng)從最簡單的恒壓頻比控制方式向高性能的矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等發(fā)展。（2）專用變頻器專用變頻器的特點(diǎn)是其行業(yè)專用性，它針對不同的行業(yè)特點(diǎn)集成了可編程控制器以及很多硬件外設(shè)，可以在不增加外部板件的基礎(chǔ)上直接應(yīng)用于行業(yè)中。比如，恒壓供水專用變頻器就能處理供水中變頻與工頻切換、一拖多控制等。（1）交-直-交變頻器

交直交變頻器是先將頻率固定的交流電"整流"成直流電，再把直流電"逆變"成頻率任意可調(diào)的三相交流電，又稱間接式變頻器。目前應(yīng)用廣泛的通用型變頻器都是交直交變頻器。通用變頻器的分類與特點(diǎn)（2）交-交變頻器

交交變頻器就是把頻率固定的交流電直接轉(zhuǎn)換成頻率任意可調(diào)的交流電，而且轉(zhuǎn)換前后的相數(shù)相同，又稱直接式變頻器。

根據(jù)變頻器的變流環(huán)節(jié)的不同進(jìn)行分類：

變頻器的功能就是將頻率、電壓都固定的交流電源變成頻率、電壓都連續(xù)可調(diào)的三相交流電源。按照變換環(huán)節(jié)有無直流環(huán)節(jié)可以分為交－交變頻器和交－直－交變頻器。交－直－交變頻器的主電路交－直－交變頻器的主電路如下圖所示。可以分為以下幾部分：1、整流電路——交－直部分整流電路通常由二極管或可控硅構(gòu)成的橋式電路組成。根據(jù)輸入電源的不同，分為單相橋式整流電路和三相橋式整流電路。我國常用的小功率的變頻器多數(shù)為單相220V輸入，較大功率的變頻器多數(shù)為三相380V（線電壓）輸入。交－直－交變頻器的基本工作原理VT1VT3VT5VT2VT4VT6OCAB整流電路濾波電路逆變電路變頻器的主電路－＋UdZA三相電源ZBZC2、中間環(huán)節(jié)——濾波電路

根據(jù)貯能元件不同，可分為電容濾波和電感濾波兩種。由于電容兩端的電壓不能突變，流過電感的電流不能突變，所以用電容濾波就構(gòu)成電壓源型變頻器，用電感濾波就構(gòu)成電流源型變頻器。3、逆變電路——直－交部分逆變電路是交－直－交變頻器的核心部分，其中6個三極管按其導(dǎo)通順序分別用VT1～VT6表示，與三極管反向并聯(lián)的二極管起續(xù)流作用。按每個三極管的導(dǎo)通電角度又分為120°導(dǎo)通型和180°導(dǎo)通型兩種類型。逆變后輸出的波形

逆變電路的輸出電壓為階梯波，雖然不是正弦波，卻是彼此相差120°的交流電壓，即實(shí)現(xiàn)了從直流電到交流電的逆變。輸出電壓的頻率取決于逆變器開關(guān)器件的切換頻率，達(dá)到了變頻的目的。實(shí)際逆變電路除了基本元件三極管和續(xù)流二極管外，還有保護(hù)半導(dǎo)體元件的緩沖電路，三極管也可以用門極可關(guān)斷晶閘管代替。1.1.2SPWM控制技術(shù)原理

我們期望通用變頻器的輸出電壓波形是純粹的正弦波形，但就目前技術(shù)而言，還不能制造功率大、體積小、輸出波形如同正弦波發(fā)生器那樣標(biāo)準(zhǔn)的可變頻變壓的逆變器。目前技術(shù)很容易實(shí)現(xiàn)的一種方法是：逆變器的輸出波形是一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形，這些波型與正弦波等效，如下圖所示。PWM控制的基本思想1）重要理論基礎(chǔ)——面積等效原理沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量窄脈沖的面積效果基本相同環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖d)單位脈沖函數(shù)f(t)d(t)tOa)矩形脈沖b)三角形脈沖c)正弦半波脈沖tOtOtOf(t)f(t)f(t)Ouωt>Ouωt>Ouωt>用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波變頻器輸出的波形變頻器的結(jié)構(gòu)西門子MICROMASTER440簡介MICROMASTER440是用于控制三相交流電動機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的變頻器。本系列有多種型號，額定功率范圍從120W到200kW(恒定轉(zhuǎn)矩(CT)控制方式)，或者可達(dá)250kW(可變轉(zhuǎn)矩(VT)控制方式)，供用戶選用。本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)作為功率輸出器件。因此，它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。采用脈沖頻率可選的專用脈寬調(diào)制技術(shù)，可使電動機(jī)低噪聲運(yùn)行。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動機(jī)提供了良好的保護(hù)。MICROMASTER440變頻器具有多個繼電器輸具有多個模擬量輸出(0~20mA)

6個帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換可NPN/PNP接線2個模擬輸入：

ADC1：0~10V，0~20mA和-10至+10V

ADC2：0~10V，0~20mA矢量控制：無傳感器矢量控制(SLVC)、帶編碼器的矢量控制(VC)V/f控制自動再啟動捕捉再啟動內(nèi)置直流制動內(nèi)置制動單元(框架尺寸A至F)用于電阻制動(動力制動)給定值輸入，通過：模擬輸入、通訊接口、點(diǎn)動(JOG)功能、電動電位計(jì)、固定頻率、工藝調(diào)節(jié)器(PID)開關(guān)頻率高(傳動變頻器可到16kHz)，因而電動機(jī)運(yùn)行的噪音低內(nèi)部RS485接口(端口)主要特點(diǎn)基本操作面板（BOP）

MICROMASTER440端子功能圖MICROMASTER440端子接線圖P0003允許用戶訪問參數(shù)的等級變頻器共有四個訪問等級：標(biāo)準(zhǔn)級、擴(kuò)展級、專家級和維修級。每個功能組中包含的參數(shù)號，取決于參數(shù)P0003（用戶訪問等級）設(shè)定的訪問等級?？赡艿脑O(shè)定值：P0003=0用戶定義的參數(shù)表，有關(guān)使用方法的詳細(xì)情況請參看P0013的說明P0003=1標(biāo)準(zhǔn)級：可以訪問最經(jīng)常使用的一些參數(shù)P0003=2擴(kuò)展級：允許擴(kuò)展訪問參數(shù)的范圍，例如變頻器的I/O功能。P0003=3專家級：只供專家使用P0003=4維修級：只供授權(quán)的維修人員使用-具有密碼保護(hù)P0004參數(shù)過濾器

P0004（參數(shù)過濾器）的作用是根據(jù)所選定的一組功能，對參數(shù)進(jìn)行過濾（或篩選）并集中對過濾出的一組參數(shù)進(jìn)行訪問?？赡艿脑O(shè)定值P0004=0全部參數(shù)P0004=2變頻器參數(shù)P0004=3電動機(jī)參數(shù)P0004=4速度傳感器P0004=5工藝應(yīng)用對象/裝置P0004=7命令二進(jìn)制I/OP0004=8ADC模-數(shù)轉(zhuǎn)換和DAC數(shù)-模轉(zhuǎn)換P0004=10設(shè)定值通道/RFG斜坡函數(shù)發(fā)生器P0004=12驅(qū)動裝置的特征P0004=13電動機(jī)的控制P0004=20通訊P0700選擇命令源

可能的設(shè)定值0工廠的缺省設(shè)置1BOP（鍵盤）設(shè)置2由端子排輸入4BOP鏈路的USS設(shè)置5COM鏈路的USS設(shè)置6COM鏈路的通訊板（CB）設(shè)置P0701-P0706：DIN1-DIN6功能可能的設(shè)定值0禁止數(shù)字輸入1ON/OFF1（接通正轉(zhuǎn)/停車命令1）2ONreverse/OFF1（接通反轉(zhuǎn)/停車命令1）3OFF2（停車命令2）按慣性自由停車4OFF3（停車命令3）按斜坡函數(shù)曲線快速降速9故障確認(rèn)10正向點(diǎn)動11反向點(diǎn)動12反轉(zhuǎn)13MOP（電動電位計(jì)）升速（增加頻率）{對應(yīng)端子接通時變頻器頻率自動上升，精確到0.1Hz，相當(dāng)于內(nèi)部接通了于電壓自動變化的電位器}14MOP降速（減少頻率）{對應(yīng)端子接通時變頻器頻率自動下降，精確到0.1Hz，相當(dāng)于內(nèi)部接通了電壓自動變化的電位器}15固定頻率設(shè)定值直接選擇16固定頻率設(shè)定值直接選擇+ON命令17固定頻率設(shè)定值二進(jìn)制編碼選擇+ON命令25直流注入制動P1000[3]頻率設(shè)定值的選擇選擇頻率設(shè)定值的信號源?？赡艿脑O(shè)定值0無主設(shè)定值1MOP設(shè)定值2模擬設(shè)定值3固定頻率4通過BOP鏈路的USS設(shè)定5通過COM聯(lián)路的USS設(shè)定6通過COM鏈路的CB設(shè)定7模擬設(shè)定值2P1040[3]MOP的設(shè)定值確定電動電位計(jì)控制（P1000=1）時的設(shè)定值。P1080[3]最低頻率本參數(shù)設(shè)定最低的電動機(jī)頻率[Hz]。P1082[3]最高頻率本參數(shù)設(shè)定最高的電動機(jī)頻率[Hz]。P1120[3]斜坡上升時間電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)加速到最高頻率所需要的時間。如果設(shè)定的斜坡上升時間太短、就有可能導(dǎo)致變頻器跳閘（過電流）。(沖擊電流)P1121[3]斜坡下降時間從最高頻率減速到靜止?fàn)顟B(tài)所需要的時間。如果設(shè)定的斜坡下降時間太短，就有可能導(dǎo)致變頻器跳閘（過電壓）。（制動、發(fā)電）參數(shù)復(fù)位:將變頻器的參數(shù)恢復(fù)到出廠時的參數(shù)默認(rèn)值。實(shí)例1：BOP控制正反轉(zhuǎn)1）按圖所示電路接線2）設(shè)置電動機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行面板基本操作控制參數(shù)參數(shù)號出廠值設(shè)置值說明P000313設(shè)用戶訪問級為專家級P000400全部參數(shù)P070021選擇命令源：由BOP輸入設(shè)定值P100021由鍵盤（電動電位計(jì)）輸入設(shè)定值P1040550設(shè)定鍵盤控制的頻率值（Hz）P108000電動機(jī)運(yùn)行的最低頻率（Hz）P10825050電動機(jī)運(yùn)行的最高頻率（Hz）控制要求:在基本操作面板上按下“”鍵，變頻器驅(qū)動電動機(jī)升速，并按照30Hz的頻率運(yùn)行；按下“”鍵，變頻器反轉(zhuǎn)；按下“”，“”鍵，變頻器速度升降，最高50Hz，最低0Hz；按下“”鍵，變頻器停止運(yùn)行。按圖所示電路接線實(shí)例2：外部端子控制正反轉(zhuǎn)調(diào)速設(shè)置模擬信號操作控制參數(shù)參數(shù)號出廠值設(shè)置值說明P000311設(shè)置訪問等級為標(biāo)準(zhǔn)級P000407命令和數(shù)字I/OP070022選擇命令源：由端子排輸入P070111ON接通正轉(zhuǎn)，OFF停止P070212ON接通反轉(zhuǎn)，OFF停止P100022頻率