變頻調(diào)速的基本原理

變頻調(diào)速的基本原理第1頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心是變頻器，變頻器的構(gòu)成及工作原理較復雜，本課題僅對變頻器的基本原理、安裝及維護等作一簡單介紹。一、概述1變頻調(diào)速的基本原理我們知道，三相交流異步電動機的轉(zhuǎn)速為；式中f1---電動機電源的頻率(Hz)；

p---電動機定子繞組的磁極對數(shù)；

s---轉(zhuǎn)差率。可見，在轉(zhuǎn)差率s變化不大的情況下，可以認為，調(diào)節(jié)電動機定子電源頻率時，電動機的轉(zhuǎn)速大致隨之成正比變化．若均勻改變電動機電源的頻率，則可以平滑地改變電動機的轉(zhuǎn)速。第2頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

2變頻器及其分類變頻器是利用半導體器件的通斷作用將頻率固定(通常為工頻50Hz)的交流電(三相或單相)變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電的電能控制裝置，其作用如下圖所示。

變頻器的種類很多，分類方法也有多種。第3頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

(1)按變換環(huán)節(jié)可分為二類

1）交—交變頻器把頻率固定的交流電直接變換成頻率和電壓連續(xù)可調(diào)的交流電。其主要優(yōu)點是沒有中間環(huán)節(jié)，故變換效率高。但連續(xù)可調(diào)的頻率范圍窄，一般為額定頻率的l／2以下，主要適用于電力牽引等容量較大的低速拖動系統(tǒng)中。

2)交一直一交變頻器先把頻率固定的交流電整流成直流電，再把直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電。由于把直流電逆變成交流電的環(huán)節(jié)較易控制，因此在頻率的調(diào)節(jié)范圍以及改善變頻后電動機的特性等方面，部有明顯優(yōu)勢，是目前廣泛采用的變頻方式。(2)按直流環(huán)節(jié)的儲能方式分為二類

1)電流型變頻器直流環(huán)節(jié)的儲能元件是電感線圈L，如下圖a所示

2)電壓型變頻器直流環(huán)節(jié)的儲能元件是電容器C，如下圖b所示。第4頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)按工作原理LⅡ分為三類

1)V/ｆ控制變頻器V/ｆ仃控制的基本特點是對變頻器輸出的電壓和頻率同時進行控制，通過使V/ｆ(電壓和頻率的比)的值保持一定而得到所需的轉(zhuǎn)矩特性。采用V/ｆ控制的變頻器控制電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，多用于對精度要求不高的通用變頻器．

2)轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器轉(zhuǎn)差頻率控制方式是對V／f控制的一種改進，這種控制需要由安裝在電動機上的速度傳感器檢測出電動機的轉(zhuǎn)速，構(gòu)成速度閉環(huán)，速度調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)差頻率，而變頻器的輸出頻率則由電動機的實際轉(zhuǎn)速與所需轉(zhuǎn)差頻率之和決定。由于通過控制轉(zhuǎn)差頻率來摔制轉(zhuǎn)矩和電流，與V/ｆ控制相比其加減速特性和限制過流的能力得到提高。第6頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

3)矢量控制變頻器矢量控制是一種高性能異步電動機控制力式，它的基本思路是：將異步電動機的定子電流分為產(chǎn)生磁場電流的分量(勵磁電流)和與其垂直的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(轉(zhuǎn)矩電流)，并分別加以控制。由于在這種控制方式中必須同時控制異步電動機定子電流的幅值和相位，即定于電流的矢量，因此這種控制方式被稱為矢量控制方式。轉(zhuǎn)差頻率控制和矢量控制的原理鞍復雜，本次不作進一步的討論。第7頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)按用途可分為三類

I)通用變頻器所謂通用變頻器，是指能與普通的籠型異步電動機配套使用，能適應各種不同性質(zhì)的負載并具有多種可供選擇功能的變頻器。

2)高性能專用變頻器高性能專用變頻器主要應用于對電動機的控制要求較高的系統(tǒng)，與通用變頻器相比，高性能專用變頻器大多數(shù)采用矢量控制方式，驅(qū)動對象通常是變頻器廠家指定的專用電動機。

3)高頻變頻器在超精密加工和高性能機械中，常常要用到高速電動機，為了滿足這些高速電動機的驅(qū)動要求，出現(xiàn)了采用PAM(脈沖幅值調(diào)制，是一種在整流電路部分對輸電壓的幅值進行控制，而在逆變電路部分對輸山頻率進行控制的控制方式)控制方式的高頻變頻器，其輸出頻率可達到3kHz。第8頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

二變顓器的基本結(jié)構(gòu)目前生產(chǎn)中廣泛應用的是通用變頻器，根據(jù)功率的大小，從外形上看有書本型結(jié)構(gòu)(0.75～37kW)和裝柜型結(jié)構(gòu)(45～1500kW)兩種。日本日立公司的J300系列通用變頻器為書本型結(jié)構(gòu)，其外形和結(jié)構(gòu)如下圖所示。

a)外型b)結(jié)構(gòu)

l一底座2一外殼3一控制電路接線端子4充電指示燈5一防護蓋板

6一前蓋7螺釘8一數(shù)字操作面板9主電路接線端于lO一接線孔第9頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

從電路結(jié)構(gòu)上看，通用變頻器大多采用交---直---交變頻變壓方式，其基本構(gòu)成如下圖所示。

交---直---交變頻器的基本構(gòu)成

第10頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

(1)變頻器的主電路通用變頻器的主電路如下圖所示．它主要由以下幾部分組成；

交--直一交變頻器的主電路第11頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

1)整流部分整流部分的作用是將頻率固定的三相交流電變換成直流電。包括：①三相整流橋由整流二極管VDI～VD6構(gòu)成三相橋式整流電路。如電源的線電壓為UL整流后的平均電壓為：

②濾渡電容器CF其作用是濾平橋式整流后的電壓紋波，使直流電壓保持平穩(wěn)。③限流電阻RL和開關(guān)S在變頻器電源接通的瞬間，濾波電容CF的充電電流很大，過大的沖擊電流可能會損壞三相整流橋中的二極管。為了保護二極管在電路中串入限流電阻RL，從而將電容器CF的充電電流限制在允許的范圍內(nèi)。當CF充電到一定程度，令開關(guān)S接通，將RL短接掉。在許多新系列的變頻器中。s已由晶閘管代替。第12頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

④電源指示HLHL除表示電源是否接通外，還有一個重要的功能，即在變頻器切電源后，指示電容器CF上的電荷是否已釋放完畢。電容器CF的容量較大，而切斷變頻器電源又必須在逆變電路停l止工作的狀態(tài)下進行，所以CF沒有快速放電電路，其放電時間往往需數(shù)分鐘，而CF上的電壓又較高，如不放完，將對人身安全構(gòu)成威脅。故在維修時，必須等HL完全熄滅后才能接觸變頻器的內(nèi)部帶電部分。

2)逆變部分①逆變管V1～V6構(gòu)成三相逆變橋，這六個逆變管按一定規(guī)律輪流導通和截止，將直流電逆變成頻率可調(diào)的三相交流電。②續(xù)流二極管VD7--VDl2的主要作用是在換相過程中為電流提供通路。③緩沖電路(R01--R06、VD01—VD06、C01—C06)的作用是限制過高的電流和電壓，保護逆變管免遭損壞。第13頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

3)制動電阻RB和制動單元VB采用了變頻器的交流調(diào)速系統(tǒng)中，電動機的減速是通過降低變頻器的輸出頻率來實現(xiàn)的。在電動機減速過程中，當變頻器的輸出頻率下降過快時，電動機將處于發(fā)電制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能要回饋到直流電路中，使直流電壓上升，導致變頻器本身的過電壓保護電路動作，切斷變頻器的輸出。為避免出現(xiàn)這一現(xiàn)象，必須將再生到直流電路的能量消耗掉，RB和VB的作用就是消耗這部分能量。如上圖所示。當直流中間電路的電壓上升到一定值時，制動三極管VB導通．將回饋到直流電路的能量消耗在制動電阻上。第14頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

(2)變頻器的控制電路為變頻器的主電路提供通斷控制信號的電路，稱為控制電路。其主要任務是完成對逆變器開關(guān)元件的開關(guān)控制和提供多種保護功能。控制方式有模擬控制和數(shù)字控制兩種。目前已廣泛采用了以微處理器為核心的全數(shù)字控制技術(shù)，采用盡可能簡單的硬件電路，主要靠軟件來完成各種控制功能,以充分發(fā)揮微處理器計算能力強和軟件控制靈活性高的特點，完成許多模擬控制方式難以實現(xiàn)的功能?？刂齐娐分饕梢韵虏糠纸M成。

1)運算電路運算電路的主要作用是將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令信號同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定變頻器的輸出頻率和電壓?2)信號檢測電路將變頻器和電動機的工作狀態(tài)反饋至微處理器，并由微處理器按事先確定的算法進行處理后為各部分電路提供所需的控制或保護信號。

3）驅(qū)動電路驅(qū)動電路的作用是為變頻器中逆變電路的換流器件提供驅(qū)動信號。當逆變電路的換流器件為晶體管時，稱為基極驅(qū)動電路；當逆變電路的換流器件為SCR、IGBT或GTO時，稱為門極驅(qū)動電路。

4)保護電路保護電路的主要作用是對檢測電路得到的各種信號進行運箅處理，以判斷變頻器本身或系統(tǒng)是否出現(xiàn)異常。當檢測到出現(xiàn)異常時，進行各種必要的處理，如使變頻器停止工作或抑制電壓、電流值等。第15頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

通用變頻器的蠅型硬件結(jié)構(gòu)如圖4—56所示。第16頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

(3)變頻器中的電力半導休器件目前，變頻器中用作逆變的電力半導體器什主要有晶閘管(SCR)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、電力晶體管(GTR)、功率場效應管(功率MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、智能功率模塊(IPM)等。

1)晶閘管(SCR)晶閘管沒有自關(guān)斷能力，用門極電流觸發(fā)，關(guān)斷時要使正向陽極電流減小到維持電流以下，或者在陽極和陰極間加反向電壓。因此在逆變電路中使用時需要另設(shè)換流電路，造成電路結(jié)構(gòu)復雜，增加了變頻器的成本，但由于元件容量大，在l000kVA以上的大容量變頻器中得到廣泛應用。

2)門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)門極可關(guān)斷晶閘管是一種可通過門極信號控制導通和關(guān)斷的晶閘管，與普通晶閘管不同，它是利用門極反向電流而獲得自關(guān)斷能力，因此不需要外部換流電路。由它構(gòu)成的變頻器具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低，損耗少等優(yōu)點，在變頻器中正在逐步代替普通晶閘管。

3)電力晶體管(GTR)電力晶體管主要是采用達林頓連接的雙極型晶體管，它既擴大了容量，又保持了晶體管的固有特性，用基極電流可控制其關(guān)斷，不需換流電路，在開關(guān)頻率為數(shù)千赫的中小容量PWM(脈沖寬度調(diào)制)變頻器中被廣泛采用。第17頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

4)功率場效應管(功率MOSFET)功率場效應管是根據(jù)門極電壓的電場效應進行導通、關(guān)斷的單極晶體管，與電力晶體管相比，具有速度快、損耗小、驅(qū)動功率小、抗干擾能力強等優(yōu)點，廣泛應用于小容量變頻器中。

5)絕緣柵雙極晶體管(IGBT)絕緣柵雙極晶體管是通過柵極驅(qū)動電壓來控制的晶體管，它集功率MOSFET和GTR的優(yōu)點于一身，具有輸入阻抗高、開關(guān)速度陜、驅(qū)動電路簡單和通態(tài)電壓低、耐壓高等優(yōu)點，岡此有取代GTR和功率MOSFET的趨勢。目前變頻器主要生產(chǎn)廠家推出的中小容量新產(chǎn)品中大都采用IGBT作為換流器件。

6)智能功率模塊(IPM)智能功率模塊是一種將功率開關(guān)器件及其驅(qū)動電路、保護電路等集成在同一封裝內(nèi)的集成模塊。目前IPM一般采用IGBT作為功率開關(guān)器件，對接收到的控制信號經(jīng)光電耦合隔離后對IGBT進行驅(qū)動，并同時具有過電流保護、過熱保護以及驅(qū)動電源電壓不足時的保護等功能。第18頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月2變頻器的工作原理

(I)逆變的基本工作原理將直流電變換為交流電的過程稱為逆變，完成逆變功能的裝置叫逆變器，它是變頻器的重要組成部分。電壓型逆變器的動作原理可用如下圖所示機械開關(guān)的動作來說明。

當開關(guān)S1、S2與S3、S4輪流閉合和斷開時，在負載上即可得到波形如左圖b所示的交流電壓，完成直流到交流的逆變過程。用功能與機械開關(guān)類似的逆變器開關(guān)元件取代機械開關(guān)，即得到單相逆變電路。改變逆變器開關(guān)元件的導通與截止時間，就可改變輸出電壓的頻率，即完成變頻。第19頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

(2)v／f控制v／f控制是在改變變頻器輸出電壓頻率的同時改變輸出電壓的幅值，以維持電動機磁通基本恒定，從而在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)，使電動機的效率、功率因數(shù)不下降。v／f控制是目前通用變頻器中廣泛采用的控制方式。三相交流異步電動機在工作過程中鐵心磁通處于接近飽和狀態(tài)從而使鐵心材料得到充分利用。在變頻調(diào)速的過程中，當電動機電源的頻率變化時，電動機的阻抗將隨之變化，從而引起勵磁電流的變化，使電動機出現(xiàn)勵磁不足或勵磁過強。在勵磁不足時電動機的輸出轉(zhuǎn)矩將降低，而勵磁過強時又會使鐵心中的磁通處于飽和狀態(tài)，使電動機中流過很大的勵磁電流，增加電動機的功率損耗，降低電動機的效率和功率因數(shù)。因此在改變頻率進行淵速時，必須采取措施保持磁通恒定并為額定值。第20頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

異步電動機定子繞組的感應電動勢E的有效值為則式中kr---定子繞組的繞組系數(shù)；

Nt---每相定子繞組的匝數(shù)；

f---定子電源的頻率(HZ)；

Φm---鐵心中每極磁通的最大值(Wb)第21頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

顯然，要使電動機的磁通在整個調(diào)速過程中保持不變，只要在改變電源頻率的同時改變電動機的感應電動勢E，使其滿足E/ｆ為常數(shù)即可。但由于在電動機的實際調(diào)速控制過程中，電動機感應電動勢的檢測和控制較困難，考慮到正常運行時電動機的電源電壓與感應電動勢近似相等，只要控制電源電壓U和頻率,使U/ｆ為常數(shù)，即可使電動機的磁通基本保持不變，采用這種控制方式的變頻器稱為v/ｆ控制變頻器。

由于電動機的實際電路中存在定子阻抗上的壓降，尤其是當電動機低速運行時，感應電動勢較低，定子阻抗上的壓降不能忽略。采用v／ｆ，控制的調(diào)速系統(tǒng)在工作頻率較低時，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩將下降。為了政善在低頻時的轉(zhuǎn)矩特性，可采用補償電源電壓的方法。即在低頻時適當提升電壓U以補償定子阻抗E的壓降，保證電動機在低速區(qū)域運行時仍能得到較大的輸出轉(zhuǎn)矩，這種補償也稱為變頻器的轉(zhuǎn)矩增強功能。第22頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

變頻器的轉(zhuǎn)矩增強功能可分為起始轉(zhuǎn)矩增強功能和全范圍轉(zhuǎn)矩自動增強功能。所謂起始轉(zhuǎn)矩增強功能指的是在變頻器的低頻輸出區(qū)域按某一規(guī)則在變頻器的輸出電壓上加上一定的補償，達到提高輸出轉(zhuǎn)矩的目的。而具有全范圍轉(zhuǎn)矩自動增強功能的變頻器中，電壓補償是在電動機的整個運行范圍中進行的：采用這種控制方式的變頻器的性能接近于U/f控制的變頻器，新系列v/f控制的變頻器大多具有這種功能。綜上所述，對電動機供電的變頻器_般要求兼有調(diào)壓和調(diào)頻功能，通常將這種變頻器稱為變頻變壓(VVVF)型變頻器。第23頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

(3)脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)實現(xiàn)變頻變壓的方法有種,目前應用較多的是脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，簡稱PWM技術(shù)。

PWM技術(shù)是指在保持整流得到的直流電壓大小不變的條件下，在改變輸出頻率的同時．通過改變輸出脈沖的寬度(或用占空比表示)，達到改變等效輸出電壓的一種方法。PWM的輸出電壓基本波形如下圖所示。

在半個周期內(nèi)，輸出電壓平均值的大小由半周中輸出脈沖的總寬度決定。在半周中保持脈沖寬度不變而改變脈沖個數(shù)，或保持脈沖個數(shù)不變而改變脈沖寬度，均可改變半周內(nèi)輸出電壓的平均值，從而達到改變輸出電壓有效值的目的。PWM輸出電壓基本波形第24頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

PWM輸出電壓的波形是非正弦波，用于驅(qū)動三相異步電動機運行時性能較差。如果使整個半周內(nèi)脈沖寬度按正弦規(guī)律變化，即使脈沖寬度先逐步增大，然后再逐漸減小，則輸出電壓也會按正弦規(guī)律變化。這就是目前工程實際中應用最多的正弦PWM法，簡稱SPWM如下圖所示。

在每半個周期內(nèi)輸出若干個寬度不同的矩形脈沖波，每一矩形波的面積近似對應正弦波各相應局部波形下的面積，則輸出電壓可近似認為與正弦波等效。如將一個正弦波的正半周劃分為12等分，每一份正弦波下的面積可用一個與該面積近似相等的矩形脈沖來代替，則這12個等幅不等寬的矩形脈沖的面積之和與正弦波所包圍的面積等效。SPWM的原理第25頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月3變頻器的功能下面以通用變頻器為例，按用途將變頻器的主要功能進行分類并加以簡要介紹。

(1)系統(tǒng)所具有的功能

1)全范圍轉(zhuǎn)矩自動增強功能由于電動機繞組中阻抗的作用，采用V／f控制的變頻器在電動機的低速運行區(qū)域?qū)⒊霈F(xiàn)轉(zhuǎn)矩不足的情況。為提高系統(tǒng)的性能，具有全范圍轉(zhuǎn)矩自動增強功能的變頻器在電動機的加速、減速和正常運行的所有區(qū)域中可以根據(jù)負載情況自動調(diào)節(jié)v/f值，對電動機的輸出轉(zhuǎn)矩進行補償。

2)防失速功能變頻器的防失速功能包括加速過程的防失速功能、恒速運行過程中的防失速功能和減速過程的防失速功能三種。加速過程和恒速運行過程中的防失速功能的基本作用是：當電動機由于加速過快或負載過大等原因出現(xiàn)過電流現(xiàn)象時，變頻器將自動降低輸出頻率，以避免出現(xiàn)變頻器因過電流保護電路動作而停止工作。第26頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

對于電壓形變頻器，在電動機的減速過程中回饋能量將使變頻器的直流中間電路的電壓上升，可能會出現(xiàn)過電壓保護電路動作而使變頻器停止工作的情況。減速過程的防失速功能的基本作用是：在過電壓保護電路動作之前暫停降低變頻器的輸出頻率或減小輸出頻率的降低速率，達到防止失速的目的。

3)過轉(zhuǎn)矩限定運行功能過轉(zhuǎn)矩限定運行功能的作用是對機械設(shè)備進行保護并保證運行的連續(xù)性。利用該功能可以對電動機的輸出轉(zhuǎn)矩極限值進行設(shè)定，當電動機的輸出轉(zhuǎn)矩達到該設(shè)定值時，變頻器停止工作并發(fā)出報警信號。

4)自動節(jié)能運行功能變頻器能自動選擇工作參數(shù)，使電動機在滿足負載轉(zhuǎn)矩要求的隋況下以最小電流運行。

5)自動電壓調(diào)整功能當電源電壓下降時，使用自動電壓調(diào)整功能可以維持電動機的高啟動轉(zhuǎn)矩。

6)通過外部信號對變頻器進行啟停控制的功能變頻器通常都具有通過外部信號控制變頻器啟停的功能。

第27頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

7)運行狀態(tài)檢測顯示功能運行狀態(tài)檢測顯示功能主要用于檢測變頻器的工作狀態(tài)，使操作者及時了解變頻器的工作狀態(tài)這些功能的名稱和內(nèi)容見下表：第28頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

(2)頻率設(shè)定功能

1)給定頻率的設(shè)定方法與給定信號對應的變頻器的工作頻率稱為給定頻率，通用變頻器給定頻率的設(shè)定通常采用以下三種方法：①面板給定利用操作面板上的數(shù)字增加鍵和數(shù)字減少鍵進行頻率的數(shù)字量給定或調(diào)整。早期的變頻器無鍵盤，利用面板上的電位器進行模擬量給定和調(diào)整。②預置給定通過程序預置的方法預置給定頻率。啟動時，按運行健，變頻器即自行升速到預置的給定頻率為止。③外接給定從控制接線端上，引入外部的電壓或電流信號進行頻率給定，這種方法常用于遠程控制的情況。所有的變頻器都為用戶提供了可以外接給定控制信號的輸入端。下面“VT210S系列變頻器為例，說明其接線情況。

第29頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

VT210S系列變頻器的外接給定信號接線如下圖所示：外接給定信號有電壓信號和電流信號兩種，外接給定電壓信號又有兩種給定方法：一種是直接輸入電壓信號，通常用于和計算機、PLC或與其他設(shè)備配用的情況，此時電壓信號接在FSV--COM端子上；另一種是利用變頻器內(nèi)部提供的給定電壓信號，由外接電位器RP取出給定信號。而當外接給定信號為電流信號時，將外接信號線接到FSI--COM端子上。VT210S變頻器的給定信號接線第30頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

2)基本頻率和最高頻率①基本頻率fb電動機的額定頻率稱為變頻器的基本頻率。②最高頻率fmax當頻率給定信號為最大時，變頻器的給定頻率稱為最高頻率。

3)上限頻率和下限頻率上限頻率fH與下限頻率fL是調(diào)速系統(tǒng)所要求的變頻器的工作范圍，根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)的工作需要進行設(shè)定。設(shè)與fHfL對應的給定信號分別是XH，XL，則上限頻率的定義是：當X>XH時，fx=fH,下限頻率的定義是；X<XL時fx=XL如下圖所示；上限頻率與下限頻率

第31頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

4)載波頻率采用PWM技術(shù)的變頻器的輸出電壓是一系列脈沖，輸出脈沖的頻率稱為變頻器的載波頻率。在電動機的電流中，具有較強的載波頻率的諧波分量，它將引起電動機鐵心的振動而發(fā)出噪聲或?qū)ν豢刂茦袃?nèi)的其他設(shè)備造成干擾。為降低噪聲或干擾，用戶可在一定范圍內(nèi)調(diào)整載波頻率，但改變載波頻率往往會影響變頻器的特性。

5)點動頻率生產(chǎn)機械在調(diào)試過程中，以及每次新的加工過程開始前,常需要點動控制。變頻器可根據(jù)生產(chǎn)機械的特點和要求，預先一次性的設(shè)定一個甑動頻率，每次點動時都在該頻率下運行，而不必變動已經(jīng)設(shè)定好的給定頻率。第32頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

(3)升速時間與降速時間的設(shè)定功能

1)升速時間的設(shè)定異步電動機在額定頻率和電壓下直接啟動時，啟動電流很大，使用變頻器后，由于其輸出頻率可以從根低時開始，頻率上升的快慢可以任意設(shè)定，從而可以有效地將啟動電流限制在一定范闈內(nèi)。不同的變頻器對升速時間的定義不太一致，一般分兩種情況：一種是工作頻率從0Hz上升到基本頻率所需的時問；另一種是工作頻率從0Hz上升到最高頻率所需的時間。各種變頻器都為用戶提供了可在一定范圍內(nèi)任意設(shè)定升速時間的功能，所規(guī)定的設(shè)定范圍各不相同．最短的為0～120s，最長的可達0～600s。從減小電動機啟動電流的角度來說，升速時間應設(shè)定得長一些，但升速時間過長會影響系統(tǒng)的工作效率，因此升速時間設(shè)定的基本原則是：在電動機的啟動電流不超過允許值的前提下，盡可能地縮短升速時間。第33頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

2)降速時間的設(shè)定變頻器降速時間的定義也有兩種：其一，工作頻率從基本頻率降至0Hz所需時間；其二，工作頻率從最高頻率降至0Hz所需時間。所有變頻器中，降速時問的設(shè)定范圍都和升速時間相同。設(shè)定降速時間時考慮的主要因素是拖動系統(tǒng)的慣性。一般情況下，慣性越大，設(shè)定的降速時間應越長。第34頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)保護功能保護功能分為變頻器的保護和電動機的保護兩種，見下表

第35頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

1)變頻器的保護①過電流保護當變頻器由于負載突變、輸出側(cè)短路等原因出現(xiàn)過大的電流峰值，有可能超過主電路換流器件的允許值時，變頻器將采取保護措施限制電流值，直至關(guān)斷主電路換流器件,停止變頻器工作，俗稱“跳閘”。在實際的拖動系統(tǒng)中，大部分負載是經(jīng)常變動的，因此無論是在工作過程中還是在升、降速過程中，短時過電流是難免的，變頻器對過電流的處理原則是：盡量不跳閘，為此設(shè)置防跳閘功能(即防失速功能)；只有沖擊電流峰值太大或防跳閘功能不能解決問題時,才迅速跳閘。②過載保護變頻器輸出電流超過額定值，且持續(xù)時間達到規(guī)定的時間時,為了防止損壞變頻器、導線等，變頻器要有過載保護功能。過載保護需要反時限特性，在變頻器內(nèi)．由于能方便而準確的檢測電流值，并可通過精密的計算來實現(xiàn)反時限保護特性，大大提高了保護的正確性與可靠性，這種保護與用普通熱繼電器實現(xiàn)過載保護類似，故稱為電子熱保護器或電子熱繼電器。第36頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

③再生過電壓保護使用變頻器使電動機快速減速時，再生能量將使直流中間電路的電壓升高，有時會超過允許值，此時變頻器將停止運轉(zhuǎn)或停止快速減速，以防過電壓。④欠壓保護當變頻器的電源電壓降低時，直流中間電路的電壓將下降，使變頻器的輸出電壓過低，造成電動機的輸出轉(zhuǎn)矩不足和過熱。欠壓保護的作用是：當檢測到直流中間電路的電壓過低且持續(xù)一定時間后，使變頻器停止運轉(zhuǎn)。⑤接地保護當變頻器的負載側(cè)接地時，為了保護變頻器，變頻器能自動檢測出接地故障并進行保護。⑥冷卻風扇異常保護功能有冷卻風扇的變頻器，當風扇發(fā)生故障時，變頻器內(nèi)溫度將上升，此時應立即停止變頻器的運轉(zhuǎn)。⑦過熱保護其作用是防止變頻器內(nèi)部過熱引起器件的損壞。⑧短路保護其作用是防止輸出端短路產(chǎn)生過流而損壞變頻器。第37頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

2)電動機的保護①過載保護該功能的主要作用是利用電子熱繼電器為電動機提供過載保護。當電動機的電流超過電子熱繼電器設(shè)定的動作值并達到一定時間時，電子熱繼電器動作，使變頻器停止工作。②超速保護當異步電動機的速度超過規(guī)定值時，使變頻器停止運轉(zhuǎn)。第38頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

4變頻器的選擇目前，國內(nèi)外已有眾多生產(chǎn)廠家定型生產(chǎn)多個系列的變頻器，使用時應根據(jù)實際需要選擇滿足使用要求的變頻器。

(1)選擇變頻器的類型大體可分為以下幾種情況：

1)對于風機和泵類負載，由下低速時轉(zhuǎn)矩較小，對過載能力和轉(zhuǎn)速精度要求較低，故選用價廉的變頻器。

2)對于希望具有恒轉(zhuǎn)矩特性，但在轉(zhuǎn)速精度及動態(tài)性能方面要求不高的負載，可選用無矢量控制型變頻器。

3)對于低速時要求有較硬的機械特性，并要求有一定的調(diào)速精度，但在動態(tài)性能方面無較高要求的負載，可選用不帶速度反饋的矢量控制型。

4)對于某些對調(diào)速精度和動態(tài)性能方面都有較高要求，以及要求高精度同步運行等負載，可選用帶速度反饋的矢量控制型變頻器。第39頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

(2)變頻器容量的選擇變頻器的容量通常用額定輸出電流(A)、輸出容量(kVA)、適用電動機功率(kw)表示。其中，額定輸出電流為變頻器可以連續(xù)輸出的最大交流電流有效值，不論什么用途都不允許連續(xù)輸出超過此值的電流。輸出容量是決定于額定輸出電流與額定輸出電壓的三相視在輸出功率。適用電動機功率是以2、4極的標準電動機為對象，表示在額定輸出電流以內(nèi)可以驅(qū)動的電動機功率。6極以上的電動機和變極電動機等特殊電動機的額定電流比標準電動機大，不能根據(jù)適用電動機的功率選擇變頻器容量。因此，用標準2、4極電動機拖動的連續(xù)恒定負載，變頻器的容量可根據(jù)適用電動機的功率選擇。對于用6極以上和變極電動機拖動的負載、變動負載、斷續(xù)負載和短時負載，變頻器的容量應按運行過程中可能出現(xiàn)的最大工作電流來選擇．即式中I------變頻器的額定電流；

Immax------電動機的最大T作電流。第40頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、變頻器的安裝與調(diào)試變頻器在安裝使用前，必須認真閱讀產(chǎn)品說明書等有關(guān)資料，熟悉各輸入、輸出端子名稱、作用及接線時須注意的事項；了解鍵盤上各鍵的功能并進行試操作；掌握功能預置的方法和步驟。

1變頻器的安裝

(1)變頻器對安裝環(huán)境的要求變頻器是全晶體管設(shè)備，所以它對周圍環(huán)境的要求也和接他晶體管設(shè)備一樣，如環(huán)境溫度一般要求為-10--+40℃，周圍環(huán)境相對濕度在90％以下，安裝位置應無直射陽光、無腐蝕性及易燃氣體、無劇烈振動、粉塵和油霧少等。

(2)變頻器的發(fā)熱與散熱變頻器內(nèi)部存在著功率損耗，因而工作過程中會導致變頻器發(fā)熱。正常工作時，每IkVA的變頻器容量的損耗功率約為40-~50w。為了不使變頻器內(nèi)部的溫升過大，變頻器必須將產(chǎn)生的熱量充分地散發(fā)出去。通常采用的辦法是用冷卻風扇將熱量吹走。因此．安裝變頻器時必須保證其散熱途徑暢通，不易被堵塞。第41頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

(3)安裝變頻器的具體方法和要求

1)墻掛式安裝變頻器本身具有較好的外殼，一般情況下允許直接靠墻安裝，這稱為墻掛式安裝。為保持良好的通風以改善冷卻效果，變頻器應垂直安裝并與周圍阻擋物間留有足夠的距離。

2)柜式安裝當周圍環(huán)境的塵埃較多，或和變頻器配用的其他電器較多且需要和變頻器安裝在一起時，一般采用柜式安裝。柜式安裝同樣需注意變頻器的冷卻。當一個柜內(nèi)裝有兩臺或兩臺以上變頻器時，應盡量并排安裝。如必須采用上下排列方式，則應在兩臺變頻器間加一隔板，以免下面變頻器中出來的熱風進入上面變頻器內(nèi)，如圖所示。第42頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)變頻器的接線

1)變頻器的輸人、輸出端子配置不同變頻器的端子配置不同，富士FRN—G9S／P9S系列變頻器的端子配置如圖所示。各端子的名稱及功能見下表。第43頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月第44頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月第45頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

2)主電路的接線主電路的基本接線如圖下所示。R、s、T是變頻器的輸入端，接電源進線。u、v、w是變頻器輸出端，與電動機相接。輸出端與輸入端絕對不允許接錯，否則會發(fā)生電源短路故障。變頻器的主電路基本接線第46頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

3)控制電路的接線變頻器的控制電路大體可分為模擬和數(shù)字兩種。模擬量控制線主要包括：輸人側(cè)的給定信號線和反饋線；輸出側(cè)的頻率信號線和電流信號線。由于模擬信號的抗干擾能力較低，因此模擬量控制線必須使用屏蔽線。屏蔽層靠近變頻器的一端應接控制電路的公共端((COM)，而不應接在變頻器的地端(E)或大地，屏蔽層的另一端應懸空，如下圖所示；

在布線時，還應注意：一是控制線要盡量遠離主電路100毫米以上；二是盡量不和主電路交。必須交叉時，應采取垂直交叉方式。變頻器的啟動、點動，多擋轉(zhuǎn)速控制等的控制線屬數(shù)字量控制線。一般情況下，模擬量控制線的接線原則也都適用于數(shù)字量控制線。但數(shù)字量的抗干擾能力較強，故在距離水很遠時，允許不使用屏蔽線，但同一信號的兩根線必須絞合在一起，絞合間距應盡可能小。第47頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

變頻調(diào)速系統(tǒng)中的接觸器、電磁繼電器及其他各類電磁鐵的線圈，都具有較大的電感，在接通和斷開的瞬間會產(chǎn)生很高的感應電動勢，在電路內(nèi)會形成峰值很高的浪涌電壓，影響變頻器的正常工作。因此，在線圈兩端并接RC浪涌電壓吸收電路．如左圖所示，應莊意RC浪涌吸收電路的接線不能超過20厘米。第48頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

4)變頻器的接地所有變頻器都設(shè)有專門的接地端子“E”，使用時應將此端予與大地相接。當變頻器和其他設(shè)備，或有多臺變頻器起接地時，每臺設(shè)備應分別和地相接．而不允許將一臺設(shè)備的接地端和另一臺的接地端相接后再接地，如下圖所示。a)正確接法b)錯誤接法第49頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

5)變頻器的抗干擾

1)外來干擾變頻器采用了高性能微處理器等集成電路，對外來電磁干擾較敏感，會因電磁干擾的影響而產(chǎn)生錯誤，對運轉(zhuǎn)造成惡劣影響。外來干擾多通過以變頻器控制電纜為媒體的途徑侵人，所以鋪設(shè)控制電纜時必須采取充分的抗干擾措施。如前述控制電路接線所采取的措施，即為了提高變頻器的抗干擾能力。

2)變頻器產(chǎn)生的干擾變頻器的輸人和輸出電流的波形都不是標準正弦波，來自很多高次波成分，它們將以空中輻射、線路傳播等方式把自己的能量傳播出去，對周圍的電子沒備、通信和無線電設(shè)備的工作形成干擾。因此在裝設(shè)變頻器時，要考慮采取各種抗干擾措施，削弱下擾信號的強度，例如，對于通過輻射傳播的無線電干擾信號，可采用屏蔽、裝設(shè)抗干擾濾波器等措施來削弱干擾信號，如下圖所示。第50頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月無線電抗干擾對策第51頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

2變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試

變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試工作，并沒有規(guī)定的步驟，只是一般應遵循“先空載、繼輕載，后重載”的規(guī)律。

(1)通電前的檢查變頻器安裝、接線完成后，通電前應進行下列檢查：外觀、構(gòu)造，包括檢查變頻器的型號是否有誤、安裝環(huán)境有無問題、裝置有無脫落或破損、電纜內(nèi)徑和種類是否合適、電氣連接有無松動、接線有無錯誤、接地是否可靠等。第52頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

2)絕緣電阻的檢查測量變頻器主電路絕緣電阻時，必須將所有輸入端(R、S、T)和輸出端(U、V、W)都連接起來后，再用500V兆歐表測量絕緣電阻．其值應在10MΩ以上,而控制電路的絕緣電阻應用萬用表的高阻擋測量，不能用兆歐表或其他有高電壓的儀表測量。