變頻器培訓(xùn)資料

變頻器培訓(xùn)資料通用變頻器原理什么是變頻器？簡(jiǎn)單的說(shuō)，變頻器就是利用電力半導(dǎo)體的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻調(diào)速也就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的供電頻率來(lái)進(jìn)行調(diào)速的一種方式。一、概述經(jīng)過(guò)30年的發(fā)展，目前交流調(diào)速電氣傳動(dòng)已經(jīng)上升為電氣調(diào)速傳動(dòng)的主流。在電氣調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)，由直流電動(dòng)機(jī)占統(tǒng)治地位的局面已經(jīng)受到猛烈的沖擊?？梢韵嘈牛诓痪玫膶?lái)交流調(diào)速電氣傳動(dòng)將完全取代直流調(diào)速電氣傳動(dòng)。傳動(dòng)已經(jīng)從最初的只能用于風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)的調(diào)速過(guò)度針對(duì)高精度、快響應(yīng)的高性能指標(biāo)的調(diào)速控制。從性能價(jià)格比的角度看，交流調(diào)速裝置已經(jīng)優(yōu)于直流調(diào)速裝置。目前人們所說(shuō)的交流調(diào)速傳動(dòng)，只要是指采用電子式電力變換器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速傳動(dòng)。除變頻以外的另一些簡(jiǎn)單的調(diào)速方案，例如變極調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等，雖然仍在特定場(chǎng)合有一定的應(yīng)用，但由于其性能較差，終將會(huì)被變頻調(diào)速所取代。二、變頻調(diào)速概況眾所周知，直流調(diào)速系統(tǒng)具有較為優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。在很長(zhǎng)的一個(gè)歷史時(shí)期內(nèi)，調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域基本上被直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所壟斷。直流電動(dòng)機(jī)雖有調(diào)速性能好的優(yōu)越，但也有一些固有的難于克服的缺點(diǎn)，主要是機(jī)器式換向帶來(lái)的弊端。其缺點(diǎn)是：①維修工作量大，事故率高；②容量、電壓、電流和轉(zhuǎn)速的上限值，均受到換向條件的制約，在一些大容量、特大容量的調(diào)速領(lǐng)域中無(wú)法應(yīng)用；③使用環(huán)境受限，特別是在易燃易爆場(chǎng)合難于應(yīng)用。而交流電動(dòng)機(jī)有一些固有的優(yōu)點(diǎn)：①容量、電壓、電流合轉(zhuǎn)速的上限，不像直流電動(dòng)機(jī)那樣受限制；②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低；③堅(jiān)固耐用，事故率低，容易維護(hù)。他的最大缺點(diǎn)是調(diào)速的理論問(wèn)題的突破和調(diào)速裝置（主要是變頻器）性能的完善，交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速響應(yīng)差的缺點(diǎn)已經(jīng)得到了克服。目前，交流調(diào)速系統(tǒng)的性能已經(jīng)可以和直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵，甚至可以超過(guò)直流系統(tǒng)。早期的變頻調(diào)速系統(tǒng)，基本上式采用U/F控制方式，無(wú)法得到快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，低速特性也不好。1971年德國(guó)西門(mén)子公司發(fā)明了所謂“矢量控制”技術(shù)。改掉過(guò)去傳統(tǒng)方式中僅對(duì)交流電量的量值（電壓、電流、頻率的量值）進(jìn)行控制的方法，實(shí)現(xiàn)了在控制量值的同時(shí)也控制其相位的新控制思想。使用坐標(biāo)變換的辦法，實(shí)現(xiàn)定子電流的磁場(chǎng)分量和轉(zhuǎn)矩分量的解耦控制，可以使交流電動(dòng)機(jī)像直流電動(dòng)機(jī)一樣具有良好的調(diào)速性能。其性能指標(biāo)已經(jīng)完全可以做到與直流調(diào)速系統(tǒng)一樣，甚至有所超過(guò)，完全可以取代直流調(diào)速系統(tǒng)。90年代初采用了交-一交變頻矢量控制系統(tǒng)，到目前開(kāi)始采用交---直---交電壓型變頻器的矢量控制系統(tǒng)。實(shí)踐證明，它完全可以滿足生產(chǎn)工藝的要求，達(dá)到了已往直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)。三、全數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)用各類(lèi)電氣傳動(dòng)裝置的控制器由模擬控制轉(zhuǎn)向全數(shù)字控制，已經(jīng)成為事實(shí)。交流調(diào)速傳動(dòng)也不例外，采用全數(shù)字控制方式的各類(lèi)交流調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，其性能也得到了很大的改善。由變頻器供電的調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)快速系統(tǒng)，在使用數(shù)字控制時(shí)要求的采樣頻率較高，通常高于1KHz，常需要完成復(fù)雜的操作控制、數(shù)字運(yùn)算和邏輯判斷，所以要求單片機(jī)具有較大的存儲(chǔ)容量和較強(qiáng)的實(shí)時(shí)處理能力。前段時(shí)間內(nèi)，較為流行的方案是采用數(shù)片單片機(jī)來(lái)構(gòu)成一個(gè)功能較強(qiáng)的全數(shù)字控制器。實(shí)用中單片機(jī)的數(shù)量根據(jù)具體任務(wù)適當(dāng)選配。全數(shù)字控制方式，使信息處理能力大幅度地增強(qiáng)。采用模擬控制方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制在今天都已成為現(xiàn)實(shí)，使可靠性、可操作性、可維修性的功能得以充實(shí)。微處理機(jī)和大規(guī)模集成電路的引入，對(duì)于變頻器的通用化起到了決定性的作用。全數(shù)字控制具有如下特點(diǎn)：精度高 數(shù)字計(jì)算機(jī)的精度與字長(zhǎng)有關(guān)，變頻器中使用16位乃至32位微型機(jī)作為控制機(jī)，精度在不斷提高。穩(wěn)定性好由于控制信息為數(shù)字量，不會(huì)隨時(shí)間發(fā)生漂移。與模擬控制不同，它一般不會(huì)隨溫度和環(huán)境條件發(fā)生變化?？煽啃愿呶⑿陀?jì)算機(jī)采用大規(guī)模集成電路，系統(tǒng)中的硬件電路數(shù)量大為減少，相應(yīng)的故障率大大降低。靈活性好系統(tǒng)中硬件向標(biāo)準(zhǔn)化、集成化方向發(fā)展，可以在盡可能少的硬件支持下，由軟件去完成復(fù)雜的控制功能。適當(dāng)?shù)匦薷能浖?，就可以改變系統(tǒng)的功能或提高其性存儲(chǔ)能力強(qiáng)存儲(chǔ)容量大，存放時(shí)間幾乎不受限制，這是模擬系統(tǒng)不能比擬的。利用這一特點(diǎn)可在存儲(chǔ)器中存放大量的數(shù)據(jù)或表格，利用查表法簡(jiǎn)化計(jì)算，提高運(yùn)算速度。邏輯運(yùn)算能力強(qiáng)容易實(shí)現(xiàn)自診斷、故障記錄、故障尋找等功能，使變頻裝置可靠性、可使用性、可維修性大大提高。四、變頻器基本構(gòu)成：變頻器的基本構(gòu)成：由主電路（整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制電路組成，分述如下：1、整流器電網(wǎng)側(cè)的變流器I是整流器，它的作用是把三相交流電整流成直流電。2、逆變器負(fù)載側(cè)的變流器II為逆變器。它主要是控制主開(kāi)關(guān)器件的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流電輸出。3、 中間直流環(huán)節(jié)由于逆變器的負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載。無(wú)論電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)或發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會(huì)為1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率的交換。這種無(wú)功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件（電容器或電抗器）來(lái)緩沖。所以又常稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。4、 控制電路控制電路常由運(yùn)算電路、檢測(cè)電路、控制信號(hào)的輸入、輸出電路和驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制、對(duì)整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等?？刂品椒ú捎媚M控制和數(shù)字控制。高性能的變頻器目前已經(jīng)采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行全數(shù)字控制，采用盡可能感簡(jiǎn)單的硬件電路，主要靠軟件來(lái)完成各種功能。由于軟件的靈活性，數(shù)字控制方式?？梢酝瓿赡M控制方式難以完成的功能。五、變頻器的分類(lèi)1、 按直流電源的性質(zhì)分類(lèi)：1）電流型變頻器中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件采用大電感來(lái)緩沖，由于電感的作用，直流電流趨于平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)的電流波形為方波或階梯波。直流電源的內(nèi)阻較大，近似于電流源，故稱為電流源型變頻器或電流型變頻器。這種電流型變頻器，其逆變器中晶閘管。每周期內(nèi)工作120，屬于120導(dǎo)電型。2） 電壓型變頻器中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件采用大電容，負(fù)載的無(wú)功功率將由它來(lái)緩沖。主電路直流電壓ED比較平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)端的電壓為方波或階梯波。直流電源內(nèi)阻比較小，相當(dāng)于電壓源，故稱為電壓源變頻器或電壓型變頻器。2、 按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分類(lèi)1）PAM脈沖幅值調(diào)節(jié)方式，是通過(guò)改變直流電壓的幅值進(jìn)行調(diào)壓的方式。2）PWM方式脈沖寬度調(diào)制方式變頻器中的整流器采用不可控的二極管整流電路。變頻器的輸出頻率和輸出電壓的調(diào)節(jié)均由逆變器按PWM方式來(lái)完成。3）高載波頻率的PWM方式這種方式與上面2條所描述PWM方式的區(qū)別僅在于調(diào)制頻率有很大的提高。主開(kāi)關(guān)的工作頻率較高，普通的功率晶體管已經(jīng)不能適應(yīng)，常采用開(kāi)關(guān)頻率較高的IGBT。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)頻率達(dá)到10-20KHZ，可以使電動(dòng)機(jī)的噪聲大幅度降低(達(dá)到了人耳難以感知的頻段)。3、 按控制方式分類(lèi)1)U/f控制按照頻率、電壓的關(guān)系對(duì)變頻器的頻率、電壓進(jìn)行控制。2)轉(zhuǎn)差頻率控制在沒(méi)有任何措施的情況下，U/f控制方式下年，如果負(fù)載發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之變化，轉(zhuǎn)速的變化量與轉(zhuǎn)差率成正比。3)矢量控制根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型、利用坐標(biāo)變換的手段，將交流電動(dòng)機(jī)的定子電流分解成磁場(chǎng)分量電流和轉(zhuǎn)矩分量電流，并分別加以控制。采用矢量控制的目的，主要是為了提高變頻調(diào)速的動(dòng)態(tài)性能。4、 按主開(kāi)關(guān)器件分類(lèi)IGBT、GTO、BJTIGBT變頻器的特點(diǎn)：1)可以制成所謂靜音式變頻器，使負(fù)載電動(dòng)機(jī)的噪聲降到工頻電網(wǎng)供電時(shí)的水平。2)電流波形更加正弦化，有利于減輕電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，并增加低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩。4)用于矢量控制時(shí)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性更快。與BJT變頻器相比較，更容易制成上限頻率較高的變頻器。PWM控制方式更簡(jiǎn)單，可以省去“分段同步調(diào)制”的麻煩。5)與BJT變頻器相比較，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，整機(jī)體積小，重量輕。六、變頻器傳動(dòng)中的制動(dòng)狀態(tài)1、動(dòng)力制動(dòng)利用設(shè)置在直流回路中的制動(dòng)電阻吸收電動(dòng)機(jī)的再生電能的方式稱為動(dòng)力制動(dòng)。2、 回饋制動(dòng)將電動(dòng)機(jī)再生制動(dòng)時(shí)回饋到直流側(cè)的有功能量回饋到交流電網(wǎng)。3、直流制動(dòng)通用變頻器向