|
變頻器工作原理簡介(2008-07-23 14:08:33)
目 變頻器工作原理簡介 ......... 1 變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測單元微處理單元等組成的。 1. 結(jié)論：電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例本文中所指的電機(jī)為感應(yīng)式交流電機(jī)，在工業(yè)中所使用的大部分電機(jī)均為此 類型電機(jī)。感應(yīng)式交流電機(jī)（以后簡稱為電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機(jī)的 極數(shù)和頻率。由電機(jī)的工作原理決定電機(jī)的極數(shù)是固定不變的。由于該極數(shù)值不 是一個(gè)連續(xù)的數(shù)值（為 2 的倍數(shù)，例如極數(shù)為 2，4，6），所以一般不適和通過 改變?cè)撝祦碚{(diào)整電機(jī)的速度。 另外，頻率能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供給電機(jī)，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就可 以被自由的控制。 p： 如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時(shí)會(huì)使電機(jī)出于過電壓(過勵(lì)磁)， 導(dǎo)致電機(jī)可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要同時(shí)改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時(shí)，電壓卻不可以繼續(xù)增加，最高只能是等于電機(jī)的額定電壓。 例如：為了使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度減半，把變頻器的輸出頻率從 50Hz 改變到 25Hz，這時(shí)變頻器的輸出電壓就需要從 400V 改變到約 200V 2. 1： 工頻電源 ：由電網(wǎng)提供的動(dòng)力電源(商用電源) 2： 起動(dòng)電流 ：當(dāng)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，變頻器的輸出電流變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動(dòng) 電機(jī)在工頻電源供電時(shí)起動(dòng)和加速?zèng)_擊很大，而當(dāng)使用變頻器供電時(shí)，這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的起動(dòng)起動(dòng)電流。而當(dāng)使用變頻器時(shí)，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的，所以電機(jī)起動(dòng)電流和沖擊要小些。 通常，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減小(速度降低)而減小。減小的實(shí)際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊(cè)中會(huì)給出說明。 通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機(jī)低速時(shí)轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低 速區(qū)電機(jī)也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。 3. 通常的電機(jī)是按 50Hz 電壓設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍內(nèi) 給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速. (T=Te， P<=Pe) 4. 變頻器輸出頻率大于 50Hz 頻率時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線 性關(guān)系下降。 當(dāng)電機(jī)以大于 50Hz 頻率速度運(yùn)行時(shí)，電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮，以 防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。 舉例，電機(jī)在 100Hz 時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到 50Hz 時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的 1/2。因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速. (P=Ue*Ie) 大家知道， 對(duì)一個(gè)特定的電機(jī)來說，其額定電壓和額定電流是不變的。如變頻器和電機(jī)額定值都是：15kW/380V/30A，電機(jī)可以工作在 50Hz 以上。 當(dāng)轉(zhuǎn)速為 50Hz 時(shí)，變頻器的輸出電壓為 380V，電流為 30A，這時(shí)如果增大輸出頻率到 60Hz，變頻器的最大輸出電壓電流還只能為 380V/30A，很顯 然輸出功率不變，所以我們稱之為恒功率調(diào)速，這時(shí)的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢? 因?yàn)?P=wT (w：角速度，T：轉(zhuǎn)矩)，因?yàn)?P 不變，w 增加了，所以轉(zhuǎn)矩會(huì)相應(yīng)減小。 我們還可以再換一個(gè)角度來看：電機(jī)的定子電壓 U = E + I*R (I 為電流，R 為電子電阻，E 為感應(yīng)電勢(shì)) 可以看出，U，I 不變時(shí)，E 也不變。 而 E = k*f*X， (k：常數(shù)，f：頻率，X：磁通)，所以當(dāng) f 由 50-->60Hz 時(shí)， X 會(huì)相應(yīng)減小 對(duì)于電機(jī)來說，T=K*I*X，(K：常數(shù)，I：電流，X：磁通)，因此轉(zhuǎn)矩 T 會(huì) 跟著磁通 X 減小而減小。 同時(shí)，小于 50Hz 時(shí)，由于 I*R 很小，所以 U/f=E/f 不變時(shí)，磁通(X)為常 數(shù). 轉(zhuǎn)矩 T 和電流成正比. 這也就是為什么通常用變頻器的過流能力來描述其過 載(轉(zhuǎn)矩)能力. 并稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速(額定電流不變-->最大轉(zhuǎn)矩不變) 結(jié)論：當(dāng)變頻器輸出頻率從 50Hz 以上增加時(shí)， 電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)減小. 發(fā)熱和散熱能力決定變頻器的輸出電流能力，從而影響變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩能 力。 載波頻率： 一般變頻器所標(biāo)的額定電流都是以最高載波頻率， 最高環(huán)境溫 度下能保證持續(xù)輸出的數(shù)值. 降低載波頻率，電機(jī)的電流不會(huì)受到影響。但元 器件的發(fā)熱會(huì)減小。 環(huán)境溫度：就象不會(huì)因?yàn)闄z測到周圍溫度比較低時(shí)就增大變頻器保護(hù)電流 值. 海拔高度： 海拔高度增加， 對(duì)散熱和絕緣性能都有影響.一般 1000m 以下 可以不考慮. 以上每 1000 米降容 5%就可以了。 1： 轉(zhuǎn)矩提升此功能增加變頻器的輸出電壓(主要是低頻時(shí))，以補(bǔ)償定子電阻上電壓降 引起的輸出轉(zhuǎn)矩?fù)p失，從而改善電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。 2：改善電機(jī)低速輸出轉(zhuǎn)矩不足的技術(shù) 使用"矢量控制"，可以使電機(jī)在低速，如(無速度傳感器時(shí))1Hz(對(duì) 4 極電 機(jī)，其轉(zhuǎn)速大約為 30r/min)時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到電機(jī)在 50Hz 供電輸出的轉(zhuǎn) 矩(最大約為額定轉(zhuǎn)矩的 150%)。 對(duì)于常規(guī)的 V/F 控制，電機(jī)的電壓降隨著電機(jī)速度的降低而相對(duì)增加，這就導(dǎo)致由于勵(lì)磁不足，而使電機(jī)不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力。為了補(bǔ)償這個(gè)不足，變頻器中需要通過提高電壓，來補(bǔ)償電機(jī)速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個(gè)功能叫做"轉(zhuǎn)矩提升"(*1)。 轉(zhuǎn)矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對(duì)應(yīng)的提高。因?yàn)殡姍C(jī)電流包含電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和 其它分量(如勵(lì)磁分量)。 "矢量控制"把電機(jī)的電流值進(jìn)行分配，從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機(jī)電流分量和 其它電流分量(如勵(lì)磁分量)的數(shù)值。 "矢量控制"可以通過對(duì)電機(jī)端的電壓降的響應(yīng)，進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，在不增加電流的情況下，允許電機(jī)產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩。此功能對(duì)改善電機(jī)低速時(shí)溫升也有效。 變頻器知識(shí)問答 ....... 5 1、什么是變頻器？ ...........5 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。 2、PWM和PAM的不同點(diǎn)是什么？ 5 PWM 是英文 Pulse Width Modulation(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 Pulse Amplitude Modulation (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？ ...5 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， 其直流回路濾波石電感。 4、為什么變頻器的電壓與電流成比例的改變？...........5 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是電機(jī)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(shí)將燒毀電機(jī)。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時(shí)控制變頻器輸出電壓，使電動(dòng)機(jī)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(jī)、泵類節(jié)能型變頻器。 5、電動(dòng)機(jī)使用工頻電源驅(qū)動(dòng)時(shí)，電壓下降則電流增加；對(duì)于變頻器驅(qū)動(dòng)，如果頻率下降時(shí)電壓也下降，那么電流是否增加？ .6 頻率下降(低速)時(shí)，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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)的起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩怎樣？......6 采用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)，隨著電機(jī)的加速相應(yīng)提高頻率和電壓，起動(dòng)電流被限制在 150%額定電流以下(根據(jù)機(jī)種不同，為 125%~200%)。用工頻電源直接起動(dòng)時(shí)， 起動(dòng)電流為 6~7 倍，因此，將產(chǎn)生機(jī)械電氣上的沖擊。采用變頻器傳動(dòng)可以平滑地起動(dòng)(起動(dòng)時(shí)間變長)。起動(dòng)電流為額定電流的 1.2~1.5 倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 70%~120%額定轉(zhuǎn)矩;對(duì)于帶有轉(zhuǎn)矩自動(dòng)增強(qiáng)功能的變頻器，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 100% 以上，可以帶全負(fù)載起動(dòng)。 7、V/f模式是什么意思？..6 頻率下降時(shí)電壓 V 也成比例下降，這個(gè)問題已在回答 4 說明。V 與 f 的比例關(guān)系是考慮了電機(jī)特性而預(yù)先決定的，通常在控制器的存儲(chǔ)裝置(ROM)中存 有幾種特性，可以用開關(guān)或標(biāo)度盤進(jìn)行選擇 8、按比例地改V和f時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩如何變化？...........6 頻率下降時(shí)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(shí)給定 V/f，要使輸出電壓提高一些，以便獲得一定地起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這種補(bǔ)償稱增強(qiáng)起動(dòng)。可以采用 各種方法實(shí)現(xiàn)，有自動(dòng)進(jìn)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？...7 在 6Hz 以下仍可輸出功率，但根據(jù)電機(jī)溫升和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小等條件，最 低使用頻率取 6Hz 左右，此時(shí)電動(dòng)機(jī)可輸出額定轉(zhuǎn)矩而不會(huì)引起嚴(yán)重的發(fā)熱問題。變頻器實(shí)際輸出頻率(起動(dòng)頻率)根據(jù)機(jī)種為 0.5~3Hz. 10、對(duì)于一般電機(jī)的組合是在 60Hz以上也要求轉(zhuǎn)矩一定，是否可以？ .7 通常情況下時(shí)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(shí)，必須注意電機(jī)與變頻器容量的 選擇。 11、所謂開環(huán)是什么意思？ .............7 給所使用的電機(jī)裝置設(shè)速度檢出器(PG)，將實(shí)際轉(zhuǎn)速反饋給控制裝置進(jìn) 行控制的，稱為“閉環(huán) ”，不用 PG 運(yùn)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(jī)種利用選件可進(jìn)行 PG 反饋. 12、實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)于給定速度有偏差時(shí)如何辦？ ............7 開環(huán)時(shí)，變頻器即使輸出給定頻率，電機(jī)在帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)差率的范圍內(nèi)(1%~5%)變動(dòng)。對(duì)于要求調(diào)速精度比較高，即使負(fù)載變動(dòng) 也要求在近于給定速度下運(yùn)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(jī)，進(jìn)行反饋后速度精度能提高嗎？ ..7 具有PG反饋功能的變頻器，精度有提高。但速度精度的植取決于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？ .....8 如果給定的加速時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)停止，這就叫作失速。為了防止失速使電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，就要檢出電流的大小進(jìn)行頻率控制。當(dāng)加速電流過大時(shí)適當(dāng)放慢加速速率。減速時(shí)也是如此。兩者結(jié)合起來就是失速功能。 15、有加速時(shí)間與減速時(shí)間可以分別給定的機(jī)種，和加減速時(shí)間共同給定的機(jī)種，這有什么意義？...8 加減速可以分別給定的機(jī)種，對(duì)于短時(shí)間加速、緩慢減速場合，或者對(duì)于小型機(jī)床需要嚴(yán)格給定生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間的場合是適宜的，但對(duì)于風(fēng)機(jī)傳動(dòng)等場合，加 減速時(shí)間都較長，加速時(shí)間和減速時(shí)間可以共同給定。 16、什么是再生制動(dòng)？ .....8 電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中如果降低指令頻率，則電動(dòng)機(jī)變?yōu)楫惒桨l(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，作 為制動(dòng)器而工作，這就叫作再生(電氣)制動(dòng)。 17、是否能得到更大的制動(dòng)力？ .....8 從電機(jī)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(dòng)力約為額定轉(zhuǎn)矩的 10%~20%。如采用選 用件制動(dòng)單元，可以達(dá)到 50%~100%。 18、變頻器的保護(hù)功能? ...8 保護(hù)功能可分為以下兩類： (1) 檢知異常狀態(tài)后自動(dòng)地進(jìn)行修正動(dòng)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(hào)，使電機(jī)自動(dòng)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(shí)停電保護(hù)等。 19、為什么用離合器連續(xù)負(fù)載時(shí)，變頻器的保護(hù)功能就動(dòng)作？ 9 用離合器連接負(fù)載時(shí)，在連接的瞬間，電機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)。 20、在同一工廠內(nèi)大型電機(jī)一起動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)中變頻器就停止，這是為什么？...........9 電機(jī)起動(dòng)時(shí)將流過和容量相對(duì)應(yīng)的起動(dòng)電流，電機(jī)定子側(cè)的變壓器產(chǎn)生電壓降，電機(jī)容量大時(shí)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(shí)保護(hù)功能(IPE)動(dòng)作，造成停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 21、什么是變頻分辨率？有什么意義？ ........9 對(duì)于數(shù)字控制的變頻器，即使頻率指令為模擬信號(hào)，輸出頻率也是有級(jí)給定。 這個(gè)級(jí)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)?23.5、24.0 Hz，因此電機(jī)的動(dòng)作也是有級(jí)的跟隨。這樣對(duì)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(duì)于 4 級(jí)電機(jī) 1 個(gè)級(jí)差為 1r/min 以下，也可充分適應(yīng)。另外，有的機(jī)種給定 分辨率與輸出分辨率不相同。 22、裝 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(duì)通風(fēng)也是重要的，因此，對(duì)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。設(shè)變頻器時(shí)安裝方向是否有限制？ ....9 23、不采用軟起動(dòng)，將電機(jī)直接投入到某固定頻率的變頻器時(shí)是否可以？...........9 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(dòng)的條件 相近。將流過大的起動(dòng)電流(6~7 倍額定電流)，由于變頻器切斷過電流，電機(jī)不能起動(dòng)。 24、電機(jī)超過 60Hz運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)注意什么問題？............10 超過 60Hz 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng) (1)機(jī)械和裝置在該速下運(yùn)轉(zhuǎn)要充分可能(機(jī)械強(qiáng)度、噪聲、振動(dòng)等)。 (2)電機(jī)進(jìn)入恒功率輸出范圍，其輸出轉(zhuǎn)矩要能夠維持工作(風(fēng)機(jī)、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(shí)也要注意)。 (3)產(chǎn)生軸承的壽命問題，要充分加以考慮。 (4)對(duì)于中容量以上的電機(jī)特別是 2 極電機(jī)，在 60Hz 以上運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要與廠 家仔細(xì)商討。 25、變頻器可以傳動(dòng)齒輪電機(jī)嗎？ ..............10 根據(jù)減速機(jī)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 常可考慮 70~80Hz 為最大極限，采用油潤滑時(shí)，在低速下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系到齒輪的損壞等 單相電機(jī)基本上不能用。對(duì)于調(diào)速器開關(guān)起動(dòng)式的單相電機(jī)，在工作點(diǎn)以下的調(diào)速范圍時(shí)將燒毀輔助繞組;對(duì)于電容起動(dòng)或電容運(yùn)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(duì)于小容量的，也有用單相電源運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)種。 27、變頻器本身消耗的功率有多少？ ..........10 它與變頻器的機(jī)種、運(yùn)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(dòng)式(FR-K)變頻器，如果把制動(dòng)時(shí)的損耗也考慮進(jìn)去，功率消耗將變大，對(duì)于操作盤設(shè)計(jì)等必須注意。 28、為什么不能在 6~60Hz全區(qū)域連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)使用？ .. 11 一般電機(jī)利用裝在軸上的外扇或轉(zhuǎn)子端環(huán)上的葉片進(jìn)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(yùn)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(jī)組合，或采用專用電機(jī)。 29、使用帶制動(dòng)器的電機(jī)時(shí)應(yīng)注意什么？ .. 11 制動(dòng)器勵(lì)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(shí)制動(dòng)器動(dòng)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(dòng)器動(dòng)作。 30、想用變頻器傳動(dòng)帶有改善功率因數(shù)用電容器的電機(jī)，電機(jī)卻不動(dòng)，清說明原因.. 11 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(dòng)，作為對(duì)策，請(qǐng)將電容器拆除后運(yùn)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？ ........... 11 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(duì)它們進(jìn)行定期的維護(hù)，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(huì)怎樣？.. 11 對(duì)于小容量也有無冷卻風(fēng)扇的機(jī)種。有風(fēng)扇的機(jī)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(jī)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(shí)，由電扇停止檢測或冷卻風(fēng)扇上的過熱檢測進(jìn)行保護(hù) 33、濾波電容器為消耗品，那么怎樣判斷它的壽命？ .............12 作為濾波電容器使用的電容器，其靜電容量隨著時(shí)間的推移而緩緩減少，定期地測量靜電容量，以達(dá)到產(chǎn)品額定容量的 85%時(shí)為基準(zhǔn)來判斷壽命。 34、裝設(shè)變頻器時(shí)安裝方向是否有限制？ ..12 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(jì)要針對(duì)實(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)，變頻器的容量該怎樣選擇？ ......12 設(shè)基準(zhǔn)速度為 50Hz，50Hz 以上為恒功率輸出特性。像輸送帶這樣的恒轉(zhuǎn) 矩特性負(fù)載增速時(shí)，容量需要增大為 80/50≈1.6 倍。電機(jī)容量也像變頻器一樣 增大 36、 Auto Tuning(自動(dòng)調(diào)校) ........12 常見于磁束向量型變頻器的一種技術(shù)，能自動(dòng)監(jiān)測(找出)馬達(dá)的參數(shù)，如轉(zhuǎn)差頻率/場電流/轉(zhuǎn)矩電流/定子阻抗/轉(zhuǎn)子阻抗/定子感抗/轉(zhuǎn)子感抗等.有了這些參數(shù)后才能作[專據(jù)估算]及[轉(zhuǎn)差(滑差)補(bǔ)償].也因?yàn)榇思夹g(shù)，在無編碼器的運(yùn) 轉(zhuǎn)下仍能獲得良好的運(yùn)轉(zhuǎn)精度. 7、無編碼器運(yùn)轉(zhuǎn) ...........13 在速度控制上，與舊式 variable frenquency 變頻器的開回路比較，磁束向量型變頻器內(nèi)部由速度觀測計(jì)算功能達(dá)成閉回路.馬達(dá)側(cè)不用裝編碼器也能達(dá)到 良好的速度精度.無編碼器運(yùn)轉(zhuǎn)有如下好處： 1) 配線精省; 2) 不必?fù)?dān)心 RF 雜訊對(duì)編碼器低電壓信號(hào)的影響; 3) 在多震動(dòng)的場合不用擔(dān)心編碼器的高故障率. 38、變頻器的矢量控制 ...13 在 AC 馬達(dá)中，轉(zhuǎn)子由定子繞組感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場.定子電流含兩部分.一部 分影響磁場，另一部分影響馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩.要使用 AC 馬達(dá)在需要速度與轉(zhuǎn)矩控 制的場合，必須能夠把影響轉(zhuǎn)矩的電流分離控制，而磁束矢量控制就能夠分離這兩部分進(jìn)行獨(dú)立控制.(具有大小及方向的物理量稱為矢量) 39、Field Weakening ...13 Field Weakening 線路可用以減弱馬達(dá)的場電流，改變與磁場的平衡關(guān)系，使馬達(dá)高于基本轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn). 40、定轉(zhuǎn)矩應(yīng)用 13 所需轉(zhuǎn)矩大小不因速度而變的場合，常用到[定轉(zhuǎn)矩應(yīng)用].如傳送帶等負(fù)載.[定轉(zhuǎn)矩應(yīng)用]通常需要較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩.[定轉(zhuǎn)矩應(yīng)用]在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)易有馬達(dá)發(fā)熱問題，解決的方法：最好(1)加大馬達(dá)功率;(2)使用裝有定速冷卻的變頻器專用馬達(dá)(即馬達(dá)的冷卻方式為強(qiáng)制風(fēng)冷). 41、變轉(zhuǎn)矩應(yīng)用 13 多見于離心式負(fù)載，例如泵/風(fēng)機(jī)/風(fēng)扇等，其使用變頻器的目的一般為節(jié)能. 比如當(dāng)風(fēng)扇以 50%轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其所需轉(zhuǎn)矩小于全速運(yùn)轉(zhuǎn)所需.可變轉(zhuǎn)矩變頻器能夠僅給與馬達(dá)所需轉(zhuǎn)矩，達(dá)到節(jié)能效果.次應(yīng)用中短暫的巔峰負(fù)載通常無需給與馬達(dá)額外的能量.故變轉(zhuǎn)矩變頻器的過載能力可以適用于大部分用途. *定轉(zhuǎn)矩變頻器的過載(電流)能力須為額定值 150%/1minute，而可變轉(zhuǎn)矩變頻器所需過載(電流)能力僅需額120%/1minute.因?yàn)殡x心式機(jī)械用途中很少會(huì)超出額定電流.另外，變轉(zhuǎn)矩用途所需起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也較定轉(zhuǎn)矩用途小 42、變頻器專用馬達(dá) .......14 2) 10Hz-60Hz 為定轉(zhuǎn)矩輸出 3) 高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 4) 低噪音 5) 馬達(dá)裝有編碼器 *但并非所有稱之為變頻器專用馬達(dá)的馬達(dá)都具有上列特征 43、關(guān)于調(diào)速： 14 1)調(diào)速：根據(jù)工況需要調(diào)整設(shè)備運(yùn)行速度，以達(dá)到節(jié)能降耗、減少磨損、 按需生產(chǎn)等目的。 2)直流調(diào)速(DC Controler/motor)：由直流控制器調(diào)節(jié)直流電機(jī)以達(dá) 到調(diào)整速度的目的。 3)交流變頻調(diào)速(AC inverter/motor)：由變頻器輸出頻率變化的三相交流電流從而控制交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 4)矢量變頻調(diào)速(AC vector inverter)：通過復(fù)雜的計(jì)算變換，使交流變頻器按照直流電機(jī)的控制方式去控制交流電機(jī)，從而達(dá)到精確速度控制、轉(zhuǎn)矩控制、提高輸出扭矩等特性。 5)伺服控制系統(tǒng)(Servo control system)：在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中引入速度反饋或位置反饋元件，通過負(fù)反饋的作用達(dá)到極其精密的的速度控制、定位控制以及 高動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 44、幾個(gè)常見工業(yè)元件： 14 1)測速發(fā)電機(jī)(Tacho-generator)：一種轉(zhuǎn)速測量元件，有交流、直流之分。 2)旋轉(zhuǎn)變壓器(Resolver)：一種經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)速和角位移測量元件。 3)光電編碼器(Encoder)：一種精密的角位移、轉(zhuǎn)速測量元件，適合在 位置控制系統(tǒng)中作為反饋元件。 4)PLC：工業(yè)用計(jì)算、控制裝置，實(shí)現(xiàn)邏輯、時(shí)序、計(jì)算等控制功能，一 般作為整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的上位主機(jī)。 5)HMI(Human-Machine Interface)：人-機(jī)界面。 6)現(xiàn)場總線(Field-Bus System)：應(yīng)用于工業(yè)控制現(xiàn)場的串行通訊總線系統(tǒng)，大幅度降低接線成本，提高控制的抗干擾能力。 7)分布式控制(Distributed control)：區(qū)別于傳統(tǒng)的集中式控制，強(qiáng)調(diào) 各個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的智能化，一般由現(xiàn)場總線系統(tǒng)將各子設(shè)備連接起來。極大地提高系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性、可靠性，降低上位機(jī)的運(yùn)算負(fù)擔(dān)。 45、關(guān)于電機(jī)的三個(gè)術(shù)語： ...........15 1)防護(hù)等級(jí)(Protection Code)： (IP**)考察一個(gè)設(shè)備防止異物進(jìn)入和防水的能力，使 IEC 標(biāo)準(zhǔn)之一。其兩個(gè)數(shù)字分別代表防異物和防水的能力，數(shù)值越高表明可以防止更細(xì)小的物體進(jìn)入 以及經(jīng)受更強(qiáng)烈的水流沖擊。一般為 IP54(防塵，防潑灑水滴)以上防護(hù)等級(jí)的設(shè)備可以直接應(yīng)用于露天。 2)絕緣等級(jí)(Insulation Grade)：考察一個(gè)電氣設(shè)備(一般針對(duì)電機(jī))在保證良好絕緣特性的前提下所能承受 的極限溫升能力，是 IEC 標(biāo)準(zhǔn)之一。一般有 B 級(jí)(85 度)、F 級(jí)(105 度)、 H 級(jí)(125 度)。 3)工作制。(略) 變頻器維修檢測常用方法 ..... 16 在變頻器日常維護(hù)過程中，經(jīng)常遇到各種各樣的問題，如外圍線路問題，參數(shù)設(shè)定不良或機(jī)械故障。如果是變頻器出現(xiàn)故障，如何去判斷是哪一部分問題，在這里略作介紹。 1、靜態(tài)測試 ......16 1.1、測試整流電路 找到變頻器內(nèi)部直流電源的 P 端和 N 端，將萬用表調(diào)到電阻 X10 檔，紅表棒接到 P，黑表棒分別依到 R、S、T，應(yīng)該有大約幾十歐的阻值，且基本平衡。相反將黑表棒接到 P 端，紅表棒依次接到 R、S、T，有一個(gè)接近于無窮大的阻值。將紅表棒接到 N 端，重復(fù)以上步驟，都應(yīng)得到相同結(jié)果。如果有以下結(jié)果，可以判定電路已出現(xiàn)異常，A.阻值三相不平衡，可以說明整流橋故障。B.紅表棒 接 P 端時(shí)，電阻無窮大，可以斷定整流橋故障或起動(dòng)電阻出現(xiàn)故障。 1.2、測試逆變電路 將紅表棒接到 P 端，黑表棒分別接 U、V、W 上，應(yīng)該有幾十歐的阻值，且 各相阻值基本相同，反相應(yīng)該為無窮大。將黑表棒接到 N 端，重復(fù)以上步驟應(yīng) 得到相同結(jié)果，否則可確定逆變模塊故障 2、動(dòng)態(tài)測試 ......16 在靜態(tài)測試結(jié)果正常以后，才可進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試，即上電試機(jī)。在上電前后必 須注意以下幾點(diǎn)： 2.1、上電之前，須確認(rèn)輸入電壓是否有誤，將 380V 電源接入 220V 級(jí)變頻器之中會(huì)出現(xiàn)炸機(jī)(炸電容、壓敏電阻、模塊等)。 2.2、檢查變頻器各接播口是否已正確連接，連接是否有松動(dòng)，連接異常有時(shí)可能導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)故障，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)炸機(jī)等情況。 2.3、上電后檢測故障顯示內(nèi)容，并初步斷定故障及原因。 2.4、如未顯示故障，首先檢查參數(shù)是否有異常，并將參數(shù)復(fù)歸后，進(jìn)行空載(不接電機(jī))情況下啟動(dòng)變頻器，并測試 U、V、W 三相輸出電壓值。如出現(xiàn)缺相、三相不平衡等情況，則模塊或驅(qū)動(dòng)板等有故障。 2.5、在輸出電壓正常(無缺相、三相平衡)的情況下，帶載測試。測試時(shí)，最好是滿負(fù)載測試。 3、故障判斷 ......17 3.1、整流模塊損壞 一般是由于電網(wǎng)電壓或內(nèi)部短路引起。在排除內(nèi)部短路情況下，更換整流橋。 在現(xiàn)場處理故障時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)檢查用戶電網(wǎng)情況，如電網(wǎng)電壓，有無電焊機(jī)等對(duì)電 網(wǎng)有污染的設(shè)備等?！?/p> 3.2、逆變模塊損壞一般是由于電機(jī)或電纜損壞及驅(qū)動(dòng)電路故障引起。在修復(fù)驅(qū)動(dòng)電路之后，測驅(qū)動(dòng)波形良好狀態(tài)下，更換模塊。在現(xiàn)場服務(wù)中更換驅(qū)動(dòng)板之后，還必須注意檢查馬達(dá)及連接電纜。在確定無任何故障下，運(yùn)行變頻器。 3.3、上電無顯示 一般是由于開關(guān)電源損壞或軟充電電路損壞使直流電路無直流電引起，如啟 動(dòng)電阻損壞，也有可能是面板損壞。 3.4、上電后顯示過電壓或欠電壓 一般由于輸入缺相，電路老化及電路板受潮引起。找出其電壓檢測電路及檢 測點(diǎn)，更換損壞的器件。 3.5、上電后顯示過電流或接地短路 一般是由于電流檢測電路損壞。如霍爾元件、運(yùn)放等。 3.6、啟動(dòng)顯示過電流 一般是由于驅(qū)動(dòng)電路或逆變模塊損壞引起。 3.7、空載輸出電壓正常，帶載后顯示過載或過電流 該種情況一般是由于參數(shù)設(shè)置不當(dāng)或驅(qū)動(dòng)電路老化，模塊損傷引起。 變頻器運(yùn)行中存在的問題及對(duì)策 ........ 18 隨著變頻技術(shù)的提高，交流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，采用變頻調(diào)速可以提高生產(chǎn)機(jī)械的控制精度、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，是交流拖動(dòng)系統(tǒng)具有優(yōu)良的控制性能，而且在許多生產(chǎn)場合具有顯著的節(jié)能效果。 1、變頻器的應(yīng)用 .............18 我國的電動(dòng)機(jī)用電量占全國發(fā)電量的 60%~70%，風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備年耗電 量占全國電力消耗的 1/3。造成這種狀況的主要原因是：風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，大量的能源消耗在擋板、閥門地截流過程中。由于風(fēng)機(jī)、水泵類大多為平房轉(zhuǎn)矩負(fù)載，軸功率與轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系，所以當(dāng)風(fēng)機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速下降時(shí)，消耗的功率也大大下降，因此節(jié)能潛力非常大，最有效的節(jié)能措施就是采用變頻調(diào)速器來調(diào)節(jié)流量，應(yīng)用變頻器節(jié)電率為 20%~50%，效益顯著。 許多機(jī)械由于工藝需要，要求電動(dòng)機(jī)能夠調(diào)速。過去由于交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速困難，調(diào)速性能要求高的場合都采用直流調(diào)速，而直流電冬季結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，維修困難，因此隨著變頻調(diào)速技術(shù)的成熟，交流調(diào)速正逐步取代直流調(diào)速，往往需要進(jìn)行是量和直接轉(zhuǎn)矩控制，來滿足各種工藝要求。 利用變頻器拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流小，可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和無級(jí)調(diào)速，方便的進(jìn)行加減速控制，是電動(dòng)機(jī)獲得高性能，大幅度地節(jié)約電能，因而變頻器在工業(yè) 生產(chǎn)和生活中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 2、存在的問題及對(duì)策 .....18 隨著變頻器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，運(yùn)行中出現(xiàn)的問題也越來越多，主要表現(xiàn)為：高次諧波、噪聲與振動(dòng)、負(fù)載匹配、發(fā)熱等問題。本文針對(duì)以上問題進(jìn)行分析并提出相應(yīng)措施。 3、諧波問題及對(duì)策 .........19 通用變頻器的主電路形式一般由整流、逆變和濾波三部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，中間濾波部分采用大電容作為濾波器，逆變部分為 IGBT 三項(xiàng)橋式逆變器，且輸入為 PWM 波形。輸出電壓中含有除基波以外的其它諧波，較低次諧波通常對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載影響較大，引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng);而較高的諧波又使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電動(dòng)機(jī)出力不足，因此變頻器輸出的高低次諧波都 必須抑制，可以采用以下方法抑制諧波。 (1) 增加變頻器供電電源內(nèi)阻抗通常電源設(shè)備的內(nèi)阻抗可以器到緩沖變頻器直流濾波電容的無功功率的作 用，內(nèi)阻抗越大，諧波含量越小，這種內(nèi)阻抗就是變壓器的短路阻抗。因此選擇 變頻器供電電源時(shí)，最好選擇短路阻抗大的變壓器。 (2) 安裝電抗器在變頻器的輸入端與輸出端串接合適的電抗器，或安裝諧波濾波器，濾波器 的組成為 LC 型，吸收諧波和增大電源或負(fù)載阻抗，達(dá)到抑制目的。 (3) 采用變壓器多項(xiàng)運(yùn)行通用變頻器為六脈波整流器，因此產(chǎn)生的諧波較大。如果采用變壓器多相運(yùn) 行，使相位角互差 30°，如 Y-△、△-△組合的變壓器構(gòu)成 12 脈波的效果，可 減小低次諧波電流，很好的抑制了諧波。 (4) 設(shè)置專用諧波設(shè)置專用濾波器用來檢測變頻器和相位，并產(chǎn)生一個(gè)與諧波電流的幅值相同 且相位正好相反的電流，通到變頻器中，從而可以有效的吸收諧波電流。 4、噪聲和振動(dòng)問題及對(duì)策 .............19 采用變頻器調(diào)速，將產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，這是變頻器輸出波形中含有高次諧波分量所產(chǎn)生的影響。隨著運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的變化，基波分量、高次諧波分量都在大范圍內(nèi)變化，很可能引起與電動(dòng)機(jī)的各個(gè)部分產(chǎn)生諧振等。 (1) 噪聲問題及對(duì)策 用變頻器傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于輸出電壓電流中含有高次諧波分量，氣隙的高次諧波磁通增加，故噪聲增大。電磁噪聲由以下特征：由于變頻器輸出中的低次諧波分量與轉(zhuǎn)子固有機(jī)械頻率諧振，則轉(zhuǎn)子固有頻率附近的噪聲增大。變頻器輸出中的高次諧波分量與鐵心機(jī)殼軸承架等諧振，在這些部件的各自固有頻率附近處的噪聲增大。 變頻器傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲特別是刺耳的噪聲與 PWM 控制的開關(guān)頻率有關(guān)，尤其在低頻區(qū)更為顯著。一般采用以下措施平抑和減小噪聲：在變頻器輸出側(cè)連接交流電抗器。如果電磁轉(zhuǎn)矩有余量，可將 U / f 定小些。采用特殊電動(dòng) 機(jī)在較低頻的噪聲音量較嚴(yán)重時(shí)，要檢查與軸系統(tǒng)(含負(fù)載)固有頻率的諧振。 (2) 振動(dòng)問題及對(duì)策變頻器工作時(shí)，輸出波形中的高次諧波引起的磁場對(duì)許多機(jī)械部件產(chǎn)生電磁 策動(dòng)力，策動(dòng)力的頻率總能與這些機(jī)械部件的固有頻率相近或重合，造成電磁原 因?qū)е碌恼駝?dòng)。對(duì)振動(dòng)影響大的高次諧波主要是較低次的諧波分量，在 PAM 方 式和方波 PWM 方式時(shí)有較大的影響。但采用正弦波 PWM 方式時(shí)，低次的諧 波分量小，影響變小。 減弱或消除振動(dòng)的方法，可以在變頻器輸出側(cè)接入交流電抗器以吸收變頻器 輸出電流中的高次諧波電流成分。使用 PAM 方式或方波 PWM 方式變頻器時(shí)， 可改用正弦波 PWM 方式變頻器，以減小脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。從電動(dòng)機(jī)與負(fù)載相連而成的機(jī)械系統(tǒng)，為防止振動(dòng)，必須使整個(gè)系統(tǒng)不與電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁力諧波。 5、負(fù)載匹配及對(duì)策 .........20 負(fù)載的類型 生產(chǎn)機(jī)械的種類繁多，性能和工藝要求各異，其轉(zhuǎn)矩特性不同，因此應(yīng)用變頻器前首先要搞清電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載的性質(zhì)，即負(fù)載特性，然后再選擇變頻器和電動(dòng)機(jī)。負(fù)載有三種類型：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載和恒功率負(fù)載。不同的負(fù)載類型，應(yīng)選不同類型的變頻器。 (1) 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載又分為摩擦類負(fù)載和位能式負(fù)載。 摩擦類負(fù)載的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般要求額定轉(zhuǎn)矩的 150%左右，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般要求 額定轉(zhuǎn)矩的 100%左右，所以變頻器應(yīng)選擇具有恒定轉(zhuǎn)矩特性，而且起動(dòng)和制動(dòng) 轉(zhuǎn)矩都比較大，過載時(shí)間和過載能力大的變頻器，如 FR-A540 系列。 位能負(fù)載一般要求大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和能量回饋功能，能夠快速實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，變 頻器應(yīng)選擇具有四象限運(yùn)行能力的變頻器，如 FR-A241 系列。 (2) 風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載 風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載是典型的平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，低速下負(fù)載非常小，并與轉(zhuǎn)速平方成 正比，通用變頻器與標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的組合最合適。這類負(fù)載對(duì)變頻器的性能要求不 高，只要求經(jīng)濟(jì)性和可靠性，所以選擇具有 U/f=const 控制模式的變頻器即可， 如 FR-A540(L)。如果將變頻器輸出頻率提高到工頻以上時(shí)，功率急劇增加，有時(shí)超過電動(dòng)機(jī)變頻器的容量，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過熱或不能運(yùn)轉(zhuǎn)，故對(duì)這類負(fù)載轉(zhuǎn)矩，不要輕易將頻率提高到工頻以上。 (3) 恒功率負(fù)載 恒功率負(fù)載指轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，但功率保持恒定的負(fù)載，如卷取機(jī)、機(jī)床等。對(duì)恒功率特性的負(fù)載配用變頻器時(shí)，應(yīng)注意的問題：在工頻以上頻率范圍內(nèi) 變頻器輸出電壓為定值控制，，所以電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為恒功率特性，使用標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)與通用變頻器的組合沒有問題。而在工頻以下頻率范圍內(nèi)為 U/f 定值控制，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩又相反傾向，標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)與通用變頻器的組合 難以適應(yīng)，因此要專門設(shè)計(jì)。 6、發(fā)熱問題及對(duì)策 .........21 變頻器發(fā)熱是由于內(nèi)部的損耗而產(chǎn)生的，以主電路為主，約占 98%，控制 電路占 2%。為保證變頻器正?？煽窟\(yùn)行，必須對(duì)變頻器進(jìn)行散熱。主要方法有： (1) 采用風(fēng)扇散熱：變頻器的內(nèi)裝風(fēng)扇可將變頻器箱體內(nèi)部散熱帶走。 (2) 環(huán)境溫度：變頻器是電子裝置，內(nèi)含電子元件機(jī)電解電容等，所以溫度對(duì)其壽命影響較大。通用變頻器的環(huán)境運(yùn)行溫度一般要求-10℃~+50℃，如果能降低變頻器運(yùn)行溫度，就延長了變頻器的使用壽命，性能也穩(wěn)定。 變頻器的控制方式及應(yīng)用選型 ............ 22 1、引言 變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無級(jí)調(diào)速的需要而誕生的。20 世紀(jì) 60 年代以后，電力電子器件經(jīng)歷了 SCR(晶閘管)、GTO(門極可關(guān)斷晶閘管)、BJT(雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物場效應(yīng)管)、SIT(靜電感應(yīng)晶體管)、 SITH(靜電感應(yīng)晶閘管)、MGT(MOS 控制晶體管)、MCT(MOS 控制晶閘管)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管) 的發(fā)展過程，器件的更新促進(jìn)了電力電子變換技術(shù)的不斷發(fā)展。20 世紀(jì) 70 年代開始，脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM-VVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視。 20 世紀(jì) 80 年代，作為變頻技術(shù)核心的 PWM 模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波 PWM 模式效果最佳。20 世紀(jì) 80 年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國家的 VVVF 變頻器已投入市場并獲得了廣泛應(yīng)用。 2、變頻器控制方式 低壓通用變頻輸出電壓為 380～650V，輸出功率為 0.75～400kW，工作頻 率為 0～400Hz，它的主電路都采用交直交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四 代。 2.1 U/f=C 的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一 般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方 式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài) 調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會(huì)隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。2.2 電壓空間矢量(SVPWM)控制方式 它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差;通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時(shí)定子電阻的影響;將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動(dòng)態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。 2.3 矢量控制(VC)方式 矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流 Ia、 Ib、Ic、通過三相-二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流 Ia1Ib1，再 通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流 Im1、It1 (Im1 相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流;It1 相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)速度，磁場兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。 2.4 直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式 1985 年，德國魯爾大學(xué)的 DePenbrock 教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動(dòng)上。 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算;它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。 2.5 矩陣式交—交控制方式 VVVF 變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交-直-交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲(chǔ)能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此，矩陣式交-交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由于矩陣式交-交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為 l，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。其實(shí)質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實(shí)現(xiàn)的。具體方法是： ——控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器，實(shí)現(xiàn)無速度傳感器方式; ——自動(dòng)識(shí)別(ID)依靠精確的電機(jī)數(shù)學(xué)模型，對(duì)電機(jī)參數(shù)自動(dòng)識(shí)別; ——算出實(shí)際值對(duì)應(yīng)定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實(shí)際的轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈、轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制; ——實(shí)現(xiàn) BandBand 控制按磁鏈和轉(zhuǎn)矩的 Band-Band 控制產(chǎn)生 PWM 信號(hào)，對(duì)逆變器開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。 矩陣式交交變頻具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)(<2ms)，很高的速度精度(±2 %，無 PG 反饋)，高轉(zhuǎn)矩精度(<+3%);同時(shí)還具有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及高轉(zhuǎn)矩精度，尤其在低速時(shí)(包括 0 速度時(shí))，可輸出 150%～200%轉(zhuǎn)矩。
|
|
|
