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文檔簡介
1/3變頻器的簡介簡單的來說變頻器就是利用電力半導(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。它通過對電網(wǎng)進行回饋實現(xiàn)節(jié)能。我們都知道電機工作的工作方式有兩種:電動和制動。在電機進行制動的時候,它相當(dāng)于是一臺發(fā)電機,變頻器通過將電機制動狀態(tài)下發(fā)出的電能回饋給電網(wǎng)進行利用而實現(xiàn)節(jié)能。雖然說單個一臺電機進行能量的回饋對節(jié)能的貢獻很小,但是在工廠中工作的電機往往數(shù)量很多,功率很大,這樣,把這些電機制動轉(zhuǎn)臺的電能都收集起來回饋給電網(wǎng)再進行利用,就能夠節(jié)約很多的能源變頻器基礎(chǔ)原理知識1、什么是變頻器?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,能實現(xiàn)對交流異步電機的軟起動、變頻調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因素、過流/過壓/過載保護等功能。國內(nèi)技術(shù)較領(lǐng)先的品牌有匯川、歐瑞(原煙臺惠豐)、三晶、藍(lán)海華騰。2、PWM和PAM的不同點是什么?PWM是英文PulseWidthModulation(脈沖寬度調(diào)制)縮寫,按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度,以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)值方式。PAM是英文PulseAmplitudeModulation(脈沖幅度調(diào)制)縮寫,是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度,以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式。3、電壓型與電流型有什么不同?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。4、為什么變頻器的電壓與頻率成比例的改變?異步電動機的轉(zhuǎn)矩是電機的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過電流之間相互作用而產(chǎn)生的,在額定頻率下,如果電壓一定而只降低頻率,那么磁通就過大,磁回路飽和,嚴(yán)重時將燒毀電機。因此,頻率與電壓要成比例地改變,即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓,使電動機的磁通保持一定,避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。這種控制方式多用于風(fēng)機、泵類節(jié)能型變頻器。5、電動機使用工頻電源驅(qū)動時,電壓下降則電流增加;對于變頻器驅(qū)動,如果頻率下降時電壓也下降,那么電流是否增加?頻率下降(低速)時,如果輸出相同的功率,則電流增加,但在轉(zhuǎn)矩一定的條件下,電流幾乎不變。6、采用變頻器運轉(zhuǎn)時,電機的起動電流、起動轉(zhuǎn)矩怎樣?采用變頻器運轉(zhuǎn),隨著電機的加速相應(yīng)提高頻率和電壓,起動電流被限制在150[%]額定電流以下(根據(jù)機種不同,為125[%]~200[%])。用工頻電源直接起動時,起動電流為額定電流6~7倍,因此,將產(chǎn)生機械電氣上的沖擊。采用變頻器傳動可以平滑地起動(起動時間變長)。起動電流為額定電流的1.2~1.5倍,起動轉(zhuǎn)矩為70[%]~120[%]額定轉(zhuǎn)矩;對于帶有轉(zhuǎn)矩自動增強功能的變頻器,起動轉(zhuǎn)矩為100[%]以上,可以帶全負(fù)載起動。7、V/f模式是什么意思?頻率下降時電壓V也成比例下降,這個問題已在回答4說明。V與f的比例關(guān)系是考慮了電機特性而預(yù)先決定的,通常在控制器的存儲裝置(ROM)中存有幾種特性,可以用開關(guān)或標(biāo)度盤進行選擇。8、按比例地改V和f時,電機的轉(zhuǎn)矩如何變化?頻率下降時完全成比例地降低電壓,那么由于交流阻抗變小而直流電阻不變,將造成在低速下產(chǎn)生地轉(zhuǎn)矩有減小的傾向。因此,在低頻時給定V/f,要使輸出電壓提高一些,以便獲得一定地起動轉(zhuǎn)矩,這種補償稱增強起動??梢圆捎酶鞣N方法實現(xiàn),有自動進行的方法、選擇V/f模式或調(diào)整電位器等方法。9、在說明書上寫著變速范圍60~6Hz,即10:1,那么在6Hz以下就沒有輸出功率嗎?在6Hz以下仍可輸出功率,但根據(jù)電機溫升和起動轉(zhuǎn)矩的大小等條件,最低使用頻率取6Hz左右,此時電動機可輸出額定轉(zhuǎn)矩而不會引起嚴(yán)重的發(fā)熱問題。變頻器實際輸出頻率(起動頻率)根據(jù)機種為0.5~3Hz。.10、對于一般電機的組合是在60Hz以上也要求轉(zhuǎn)矩一定,是否可以?通常情況下時不可以的。在60Hz以上(也有50Hz以上的模式)電壓不變,大體為恒功率特性,在高速下要求相同轉(zhuǎn)矩時,必須注意電機與變頻器容量的選擇。11、所謂開環(huán)是什么意思?給所使用的電機裝置設(shè)速度檢出器(PG),將實際轉(zhuǎn)速反饋給控制裝置進行控制的,稱為“閉環(huán)”,不用PG運轉(zhuǎn)的就叫作“開環(huán)”。通用變頻器多為開環(huán)方式,也有的機種利用選件可進行PG反饋.無速度傳感器閉環(huán)控制方式是根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型根據(jù)磁通推算電機的實際速度,相當(dāng)于用一個虛擬的速度傳感器形成閉環(huán)控制。12、實際轉(zhuǎn)速對于給定速度有偏差時如何辦?開環(huán)時,變頻器即使輸出給定頻率,電機在帶負(fù)載運行時,電機的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)差率的范圍內(nèi)(1[%]~5[%])變動。對于要求調(diào)速精度比較高,即使負(fù)載變動也要求在近于給定速度下運轉(zhuǎn)的場合,可采用具有PG反饋功能的變頻器(選用件)。13、如果用帶有PG的電機,進行反饋后速度精度能提高嗎?具有PG反饋功能的變頻器,精度有提高。但速度精度的值取決于PG本身的精度和變頻器輸出頻率的分辨率。14、失速防止功能是什么意思?如果給定的加速時間過短,變頻器的輸出頻率變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過轉(zhuǎn)速(電角頻率)的變化,變頻器將因流過過電流而跳閘,運轉(zhuǎn)停止,這就叫作失速。為了防止失速使電機繼續(xù)運轉(zhuǎn),就要檢出電流的大小進行頻率控制。當(dāng)加速電流過大時適當(dāng)放慢加速速率。減速時也是如此。兩者結(jié)合起來就是失速功能。15、有加速時間與減速時間可以分別給定的機種,和加減速時間共同給定的機種,這有什么意義?加減速可以分別給定的機種,對于短時間加速、緩慢減速場合,或者對于小型機床需要嚴(yán)格給定生產(chǎn)節(jié)拍時間的場合是適宜的,但對于風(fēng)機傳動等場合,加減速時間都較長,加速時間和減速時間可以共同給定。16、什么是再生制動?電動機在運轉(zhuǎn)中如果降低指令頻率,則電動機變?yōu)楫惒桨l(fā)電機狀態(tài)運行,作為制動器而工作,這就叫作再生(電氣)制動。17、是否能得到更大的制動力?從電機再生出來的能量貯積在變頻器的濾波電容器中,由于電容器的容量和耐壓的關(guān)系,通用變頻器的再生制動力約為額定轉(zhuǎn)矩的10[%]~20[%]。如采用選用件制動單元,可以達到50[%]~100[%]。18、請說明變頻器的保護功能?保護功能可分為以下兩類:(1)檢知異常狀態(tài)后自動地進行修正動作,如過電流失速防止,再生過電壓失速防止。(2)檢知異常后封鎖電力半導(dǎo)體器件PWM控制信號,使電機自動停車。如過電流切斷、再生過電壓切斷、半導(dǎo)體冷卻風(fēng)扇過熱和瞬時停電保護等。19、為什么用離合器連續(xù)負(fù)載時,變頻器的保護功能就動作?用離合器連接負(fù)載時,在連接的瞬間,電機從空載狀態(tài)向轉(zhuǎn)差率大的區(qū)域急劇變化,流過的大電流導(dǎo)致變頻器過電流跳閘,不能運轉(zhuǎn)。20、在同一工廠內(nèi)大型電機一起動,運轉(zhuǎn)中變頻器就停止,這是為什么?電機起動時將流過和容量相對應(yīng)的起動電流,電機定子側(cè)的變壓器產(chǎn)生電壓降,電機容量大時此壓降影響也大,連接在同一變壓器上的變頻器將做出欠壓或瞬停的判斷,因而有時保護功能(IPE)動作,造成停止運轉(zhuǎn)。21、什么是變頻分辨率?有什么意義?對于數(shù)字控制的變頻器,即使頻率指令為模擬信號,輸出頻率也是有級給定。這個級差的最小單位就稱為變頻分辨率。變頻分辨率通常取值為0.015~0.5Hz.例如,分辨率為0.5Hz,那么23Hz的上面可變?yōu)?3.5、24.0Hz,因此電機的動作也是有級的跟隨。這樣對于像連續(xù)卷取控制的用途就造成問題。在這種情況下,如果分辨率為0.015Hz左右,對于4級電機1個級差為1r/min以下,也可充分適應(yīng)。另外,有的機種給定分辨率與輸出分辨率不相同。22、裝設(shè)變頻器時安裝方向是否有限制。變頻器內(nèi)部和背面的結(jié)構(gòu)考慮了冷卻效果的,上下的關(guān)系對通風(fēng)也是重要的,因此,對于單元型在盤內(nèi)、掛在墻上的都取縱向位,盡可能垂直安裝。23、不采用軟起動,將電機直接投入到某固定頻率的變頻器時是否可以?在很低的頻率下是可以的,但如果給定頻率高則同工頻電源直接起動的條件相近。將流過大的起動電流(6~7倍額定電流),由于變頻器切斷過電流,電機不能起動。24、電機超過60Hz運轉(zhuǎn)時應(yīng)注意什么問題?超過60Hz運轉(zhuǎn)時應(yīng)注意以下事項:(1)機械和裝置在該速下運轉(zhuǎn)要充分可能(機械強度、噪聲、振動等)。(2)電機進入恒功率輸出范圍,其輸出轉(zhuǎn)矩要能夠維持工作(風(fēng)機、泵等軸輸出功率于速度的立方成比例增加,所以轉(zhuǎn)速少許升高時也要注意)。(3)產(chǎn)生軸承的壽命問題,要充分加以考慮。(4)對于中容量以上的電機特別是2極電機,在60Hz以上運轉(zhuǎn)時要與廠家仔細(xì)商討。25、變頻器可以傳動齒輪電機嗎?根據(jù)減速機的結(jié)構(gòu)和潤滑方式不同,需要注意若干問題。在齒輪的結(jié)構(gòu)上通??煽紤]70~80Hz為最大極限,采用油潤滑時,在低速下連續(xù)運轉(zhuǎn)關(guān)系到齒輪的損壞等。26、變頻器能用來驅(qū)動單相電機嗎?可以使用單相電源嗎?基本上不能用。對于調(diào)速器開關(guān)起動式的單相電機,在工作點以下的調(diào)速范圍時將燒毀輔助繞組;對于電容起動或電容運轉(zhuǎn)方式的,將誘發(fā)電容器爆炸。變頻器的電源通常為3相,但對于小容量的,也有用單相電源運轉(zhuǎn)的機種。27、變頻器本身消耗的功率有多少?它與變頻器的機種、運行狀態(tài)、使用頻率等有關(guān),但要回答很困難。不過在60Hz以下的變頻器效率大約為94[%]~96[%],據(jù)此可推算損耗,但內(nèi)藏再生制動式(FR-K)變頻器,如果把制動時的損耗也考慮進去,功率消耗將變大,對于操作盤設(shè)計等必須注意。28、為什么不能在6~60Hz全區(qū)域連續(xù)運轉(zhuǎn)使用?一般電機利用裝在軸上的外扇或轉(zhuǎn)子端環(huán)上的葉片進行冷卻,若速度降低則冷卻效果下降,因而不能承受與高速運轉(zhuǎn)相同的發(fā)熱,必須降低在低速下的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,或采用容量大的變頻器與電機組合,或采用專用電機。29、使用帶制動器的電機時應(yīng)注意什么?制動器勵磁回路電源應(yīng)取自變頻器的輸入側(cè)。如果變頻器正在輸出功率時制動器動作,將造成過電流切斷。所以要在變頻器停止輸出后再使制動器動作。30、想用變頻器傳動帶有改善功率因數(shù)用電容器的電機,電機卻不動,請說明原因。變頻器的電流流入改善功率因數(shù)用的電容器,由于其充電電流造成變頻器過電流(OCT),所以不能起動,作為對策,請將電容器拆除后運轉(zhuǎn),甚至改善功率因數(shù),在變頻器的輸入側(cè)接入AC電抗器是有效的。31、變頻器的壽命有多久?變頻器雖為靜止裝置,但也有像濾波電容器、冷卻風(fēng)扇那樣的消耗器件,如果對它們進行定期的維護,可望有10年以上的壽命。32、變頻器內(nèi)藏有冷卻風(fēng)扇,風(fēng)的方向如何?風(fēng)扇若是壞了會怎樣?對于小容量也有無冷卻風(fēng)扇的機種。有風(fēng)扇的機種,風(fēng)的方向是從下向上,所以裝設(shè)變頻器的地方,上、下部不要放置妨礙吸、排氣的機械器材。還有,變頻器上方不要放置怕熱的零件等。風(fēng)扇發(fā)生故障時,由電扇停止檢測或冷卻風(fēng)扇上的過熱檢測進行保護33、濾波電容器為消耗品,那么怎樣判斷它的壽命?作為濾波電容器使用的電容器,其靜電容量隨著時間的推移而緩緩減少,定期地測量靜電容量,以達到產(chǎn)品額定容量的85[%]時為基準(zhǔn)來判斷壽命。34、裝設(shè)變頻器時安裝方向是否有限制。應(yīng)基本收藏在盤內(nèi),問題是采用全封閉結(jié)構(gòu)的盤外形尺寸大,占用空間大,成本比較高。其措施有:(1)盤的設(shè)計要針對實際裝置所需要的散熱;(2)利用鋁散熱片、翼片冷卻劑等增加冷卻面積;(3)采用熱導(dǎo)管。此外,已開發(fā)出變頻器背面可以外露的型式。35、想提高原有輸送帶的速度,以80Hz運轉(zhuǎn),變頻器的容量該怎樣選擇?輸送帶消耗的功率與轉(zhuǎn)速成正比,因此若想以80HZ運行,變頻器和電機的功率都要按照比例增加為80HZ/50HZ,即提高60[%]容量。維護和檢查時的注意事項有:(1)在關(guān)掉輸入電源后,至少等5分鐘才可以開始檢查(還要正式充電發(fā)光二極管已經(jīng)熄滅)否則會引起觸電。(2)維修、檢查和部件更換必須由勝任人員進行。(開始工作前,取下所有金屬物品(手表、手鐲等),使用帶絕緣保護的工具)(3)不要擅自改裝頻頻器,否則易引起觸電和損壞產(chǎn)品。(4)變頻器維修之前,須確認(rèn)輸入電壓是否有誤,將380V電源接入220V級變頻器之中會出現(xiàn)炸機(炸電容、壓敏電阻、模塊等)。變頻器主要由半導(dǎo)體元件構(gòu)成,因此,必須進行日常的檢查,防止不利的工作環(huán)境,如溫度、濕度、粉塵和振動的影響,并防止因部件使用壽命所引起的其它故障。檢查項目:(1)日常檢查:檢查變頻器是否按要求工作。用電壓表在變頻器工作時,檢查其輸入和輸出電壓。(2)定期檢查:檢查所有只能當(dāng)變頻器停機時才能檢查的地方。(3)部件更換:部件的壽命很大程度上與安裝條件有關(guān)。變頻器工作原理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: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”,以與將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。(1)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,可以進行再生運轉(zhuǎn)。(2)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。(3)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??刂齐娐肥墙o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,它有頻率、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行放大的“驅(qū)動電路”,以與逆變器和電動機的“保護電路”組成。(1)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(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。(4)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)。(5)保護電路: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。變頻器的作用變頻器集成了高壓大功率晶體管技術(shù)和電子控制技術(shù),得到廣泛應(yīng)用。變頻器的作用是改變交流電機供電的頻率和幅值,因而改變其運動磁場的周期,達到平滑控制電動機轉(zhuǎn)速的目的。變頻器的出現(xiàn),使得復(fù)雜的調(diào)速控制簡單化,用變頻器+交流鼠籠式感應(yīng)電動機組合替代了大部分原先只能用直流電機完成的工作,縮小了體積,降低了維修率,使傳動技術(shù)發(fā)展到新階段。變頻器的組成變頻器通常分為4部分:整流單元、高容量電容、逆變器和控制器。整流單元將工作頻率固定的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。高容量電容存儲轉(zhuǎn)換后的電能。逆變器由大功率開關(guān)晶體管陣列組成電子開關(guān),將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率、寬度、幅度的方波??刂破靼丛O(shè)定的程序工作,控制輸出方波的幅度與脈寬,使疊加為近似正弦波的交流電,驅(qū)動交流電動機。變頻器的分類1、按變換的環(huán)節(jié)分類:(1)交-直-交變頻器,則是先把工頻交流通過整流器變成直流,然后再把直流變換成頻率電壓可調(diào)的交流,又稱間接式變頻器,是目前廣泛應(yīng)用的通用型變頻器。(2)可分為交-交變頻器,即將工頻交流直接變換成頻率電壓可調(diào)的交流,又稱直接式變頻器;2、按直流電源性質(zhì)分類:(1)電壓型變頻器電壓型變頻器特點是中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用大電容,負(fù)載的無功功率將由它來緩沖,直流電壓比較平穩(wěn),直流電源內(nèi)阻較小,相當(dāng)于電壓源,故稱電壓型變頻器,常選用于負(fù)載電壓變化較大的場合。(2)電流型變頻器電流型變頻器特點是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲能環(huán)節(jié),緩沖無功功率,即扼制電流的變化,使電壓接近正弦波,由于該直流內(nèi)阻較大,故稱電流源型變頻器(電流型)。電流型變頻器的特點(優(yōu)點)是能扼制負(fù)載電流頻繁而急劇的變化。常選用于負(fù)載電流變化較大的場合。3、按主電路工作方法:電壓型變頻器、電流型變頻器4、按照工作原理分
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