低壓變頻器的工作原理及應用

2021-03-03 23:11:21 字數 3959 閱讀 3722

均壓電阻:防止由於儲能電容電壓的不均燒壞儲能電容;因為二個電解電容不可能做成完全一致,這樣每個電容上所承受的電壓就可能不同,承受電壓高的發熱嚴重(電容裡面有等效串聯電阻)或超過耐壓值而損壞 。

c2電容;

吸收電容,主要作用為吸收igbt的過流與過壓能量。

(2)直-交部分

vt1-vt6逆變管(igbt絕緣柵雙極型功率管):構成逆變電路的主要器件,也是變頻器的核心元件。把直流電逆變頻率,幅值都可調的交流電。

vt1-vt6是續流二極:作用是把在電動機在制動過程中將再生電流返回直流電提供通道並為逆變管vt1-vt6在交替導通和截止的換相過程中,提供通道。

(3)控制部分:電源板、驅動板、控制板(cpu板)

電源板:開關電源電路向操作面板、主控板、驅動電路、檢測電路及風扇等提供低壓電源, 開關電源提供的低壓電源有:±5v、±15v 、±24v向cpu其附屬電路、控制電路、顯示面板等提供電源。

驅動板:主要是將cpu生成的pwm脈衝經驅動電路產生符合要求的驅動訊號激勵igbt輸出電壓。

控制板(cpu板):也叫cpu板相當人的大腦,處理各種訊號以及控制程式等部分

(三)電機的旋轉速度為什麼能夠自由地改變?

*1: r/min

電機旋轉速度單位:每分鐘旋轉次數,也可表示為rpm.

例如:2極電機 50hz 3000 [r/min]

4極電機 50hz 1500 [r/min]

$電機的旋轉速度同頻率成比例

感應式交流電機(以後簡稱為電機)的旋轉速度近似地確決於電機的極數和頻率。由於該極數值不是乙個連續的數值(為2的倍數,例如極數為2,4,6),所以一般不適和通過改變該值來調整電機的速度。

另外,頻率能夠在電機的外面調節後再供給電機,這樣電機的旋轉速度就可以被自由的控制。

因此,以控制頻率為目的的變頻器,是做為電機調速裝置的優選裝置。

n = 60f/p

n: 同步速度

f: 電源頻率

p: 電機極對數

$ 改變頻率和電壓是最優的電機控制方法

如果僅改變頻率而不改變電壓,頻率降低時會使電機出於過電壓(過勵磁),導致電機可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓。

輸出頻率在額定頻率以上時,電壓卻不可以繼續增加,最高只能是等於電機的額定電壓。

例如:為了使電機的旋轉速度減半,把變頻器的輸出頻率從50hz改變到25hz,這時變頻器的輸出電壓就需要從400v改變到約200v

(四) 起動電流

當電機開始運轉時,變頻器的輸出電流稱為起動電流。變頻器驅動時的起動轉矩和最大轉矩要小於直接用工頻電源驅動。

電機在工頻電源供電時起動和加速衝擊很大,而當使用變頻器供電時,這些衝擊就要弱一些。工頻直接起動會產生乙個大的起動電流。而當使用變頻器時,變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的,所以電機起動電流和衝擊要小些。

通常,電機產生的轉矩要隨頻率的減小(速度降低)而減小。

通過使用磁通向量控制的變頻器,將改善電機低速時轉矩的不足,甚至在低速區電機也可輸出足夠的轉矩。

(五)當變頻器調速到大於50hz頻率時,電機的輸出轉矩將降低-

通常的電機是按50hz電壓設計製造的,其額定轉矩也是在這個電壓範圍內給出的。因此在額定頻率之下的調速稱為恆轉矩調速. (t=te, p<=pe)

變頻器輸出頻率大於50hz頻率時,電機產生的轉矩要以和頻率成反比的線性關係下降。

當電機以大於50hz頻率速度執行時,電機負載的大小必須要給予考慮,以防止電機輸出轉矩的不足。

舉例,電機在100hz時產生的轉矩大約要降低到50hz時產生轉矩的1/2。

因此在額定頻率之上的調速稱為恆功率調速. (p=ue*ie)

(六)變頻器50hz以上的應用情況

對乙個特定的電機來說, 其額定電壓和額定電流是不變的。如變頻器和電機額定值都是: 15kw/380v/30a, 電機可以工作在50hz以上;當轉速為50hz時, 變頻器的輸出電壓為380v, 電流為30a.

這時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. 所以我們稱之為恆功率調速.

這時的轉矩情況怎樣呢?

因為p=wt (w:角速度, t:轉矩). 因為p不變, w增加了, 所以轉矩會相應減小.

我們還可以再換乙個角度來看:

電機的定子電壓 u = e + i*r (i為電流, r為電子電阻, e為感應電勢)

可以看出, u,i不變時, e也不變.

而e = k*f*x, (k:常數, f: 頻率, x:磁通), 所以當f由50-->60hz時, x會相應減小

對於電機來說, t=k*i*x, (k:常數, i:電流, x:磁通), 因此轉矩t會跟著磁通x減小而減小.

同時, 小於50hz時, 由於i*r很小, 所以u/f=e/f不變時, 磁通(x)為常數. 轉矩t和電流成正比. 這也就是為什麼通常用變頻器的過流能力來描述其過載(轉矩)能力.

並稱為恆轉矩調速(額定電流不變-->最大轉矩不變)

結論: 當變頻器輸出頻率從50hz以上增加時, 電機的輸出轉矩會減小。

(七)其他和輸出轉矩有關的因素

發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矩能力。

載波頻率: 一般變頻器所標的額定電流都是以最高載波頻率, 最高環境溫度下能保證持續輸出的數值. 降低載波頻率, 電機的電流不會受到影響。但元器件的發熱會減小。

環境溫度:就象不會因為檢測到周圍溫度比較低時就增大變頻器保護電流值.

海拔高度: 海拔高度增加, 對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公尺降容5%就可以了.

(八)關於冷卻風扇

一般功率稍微大一點的變頻器, 都帶有冷卻風扇。同時,也建議在控制櫃上出風口安裝冷卻風扇。進風口要加濾網以防止灰塵進入控制櫃。

注意控制櫃和變頻器上的風扇都是要的,不能誰替代誰。其他關於散熱的問題

1、在海拔高於1000m的地方,因為空氣密度降低,因此應加大櫃子的冷卻風量以改善冷卻效果。理論上變頻器也應考慮降容,1000m每-5%。但由於實際上因為設計上變頻器的負載能力和散熱能力一般比實際使用的要大, 所以也要看具體應用。

比方說在1500m的地方,但是週期性負載,如電梯,就不必要降容。

2、 開關頻率:變頻器的發熱主要來自於igbt, igbt的發熱有集中在開和關的瞬間。 因此開關頻率高時自然變頻器的發熱量就變大了。

有的廠家宣稱降低開關頻率可以擴容, 就是這個道理。

(九)變頻器制動的情況

1: 制動的概念

指電能從電機側流到變頻器側(或供電電源側),這時電機的轉速高於同步轉速。負載的能量分為動能和勢能. 動能(由速度和重量確定其大小)隨著物體的運動而累積。

當動能減為零時,該事物就處在停止狀態。

機械抱閘裝置的方法是用制動裝置把物體動能轉換為摩擦和能消耗掉。 對於變頻器,如果輸出頻率降低,電機轉速將跟隨頻率同樣降低。這時會產生制動過程.

由制動產生的功率將返回到變頻器側。這些功率可以用電阻發熱消耗。在用於提公升類負載,在下降時, 能量(勢能)也要返回到變頻器(或電源)側,進行制動。

這種操作方法被稱作「再生制動」,而該方法可應用於變頻器制動。

在減速期間,產生的功率如果不通過熱消耗的方法消耗掉,而是把能量返回送到變頻器電源側的方法叫做「功率返回再生方法」。在實際中,這種應用需要「能量回饋單元」選件。

(十) 怎樣提高制動能力?

為了用散熱來消耗再生功率,需要在變頻器側安裝制動電阻。

為了改善制動能力,不能期望靠增加變頻器的容量來解決問題。請選用「制動電阻」、「制動單元」或「功率再生變換器」等選件來改善變頻器的制動容量。

(十一)變頻器型別選擇

變頻器可分為通用型和專用型,一般的機械負載和要求高過載情況,選擇通用型變頻器。專用型變頻器又可分為風幫浦專用型、電梯專用型、張力控制專用型等。根據自身應用環境加以選擇。

(十二)變頻器容量選擇

變頻器的容量選擇是最重要的,應從負載的實際負荷電流、啟動轉矩、控制方式來合理選擇。如負載是風機、水幫浦,則選擇風幫浦專用型與電機同功率即可;對羅茨風機和深井幫浦應選擇風幫浦專用型比電機功率大一檔的變頻器。啟動轉矩是容易忽視的選項,對大的慣量負載,變頻器可能要比電機功率加大數檔。

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