變頻器原理結構及常用引數

2021-03-03 23:11:21 字數 3427 閱讀 5935

1.變頻器工作原理:

我們知道,交流電動機的同步轉速表示式位:

n=60 f(1-s)/p

式中n———非同步電動機的轉速;

f———非同步電動機的頻率;

s———電動機轉差率;

p———電動機極對數。

由上式可知,轉速n與頻率f成正比,只要改變頻率f即可改變電動機的轉速,當頻率f 在0~50hz的範圍內變化時,電動機轉速調節範圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的,是一種理想的高效率、高效能的調速手段。

變頻器是把工頻電源(50hz或60hz)變換成各種頻率的交流電源,以實現電機的變速執行的裝置,其中控制電路完成對主電路的控制,整流電路將交流電變換成直流電,直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波,逆變電路將直流電再逆成交流電。對於如向量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說,有時還需要乙個進行轉矩計算的cpu以及一些相應的電路。變頻器的分類方法有多種,按照主電路工作方式分類,可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器;按照開關方式分類,可以分為pam控制變頻器、pwm控制變頻器;按照工作原理分類,可以分為v/f控制變頻器、轉差頻率控制變頻器和向量控制變頻器等。

變頻調速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調速的目的。

變頻器原理結構圖

1)整流電路(vd1-vd6):將電源的三相交流全波整流成直流,整流後的直流電壓一般為

ud=1.35u,注意u為線電壓。

2)濾波電容器(c1、c2) 充電電阻(rs)及電源接觸器(ks):除濾除整流後的電壓紋波外,還給感性負載的電動機提供必要的無功功率(又稱儲能電容器,其值較大。)當變頻器通電瞬間,濾波電容器的充電電流很大可能損壞整流模組,電阻rs起到限流的作用,將電容器的充電電流限制到允許範圍以內(故又稱充電電阻)。

當濾波電容充電到一定值時,令接觸器(ks)接通,將充電電阻旁路掉。

3)制動電路:電機在減速時轉子的轉速可能超過此時的同步轉速而處於再生制動(發電)的狀態,這將會使變頻器產生過壓狀態,因此需要將反饋能量消耗掉。

4)逆變電路:由v1-v6組成它是將直流逆變成頻率、幅值都可調的交流電。

2.常用引數

1.控制方式:

即速度控制、轉距控制、 pid 控制或其他方式。採取控制方式後,一般要根據控制精度進行靜態或動態辨識。

2.最低執行頻率:

即電機執行的最小轉速,電機在低轉速下執行時,其散熱效能很差,電機長時間執行在低轉速下,會導致電機燒毀。而且低速時,其電纜中的電流也會增大,也會導致電纜發熱。

3.最高執行頻率:

一般的變頻器最大頻率到 60hz ,有的甚至到 400 hz ,高頻率將使電機高速運轉,這對普通電機來說,其軸承不能長時間的超額定轉速執行,電機的轉子是否能承受這樣的離心力。

4.載波頻率:

變頻器的載波頻率就是決定逆變器的功率開關器件(如:igbt)的開通與關斷的次數的頻率。載波頻率設定的越高其高次諧波分量越大,這和電纜的長度,電機發熱,電纜發熱變頻器發熱等因素是密切相關的。

5.電機引數:

變頻器在引數中設定電機的功率、電流、電壓、轉速、最大頻率,這些引數可以從電機銘牌中直接得到。

6.加減速時間

加速時間就是輸出頻率從 0 上公升到最大頻率所需時間,減速時間是指從最大頻率下降到 0 所需時間。通常用頻率設定訊號上公升、下降來確定加減速時間。在電動機加速時須限制頻率設定的上公升率以防止過電流,減速時則限制下降率以防止過電壓。

加速時間設定要求:將加速電流限制在變頻器過電流容量以下,不使過流失速而引起變頻器跳閘;減速時間設定要點是:防止平滑電路電壓過大,不使再生過壓失速而使變頻器跳閘。

加減速時間可根據負載計算出來,但在除錯中常採取按負載和經驗先設定較長加減速時間,通過起、停電動機觀察有無過電流、過電壓報警;然後將加減速設定時間逐漸縮短,以運轉中不發生報警為原則,重複操作幾次,便可確定出最佳加減速時間。

7.轉矩提公升

又叫轉矩補償,是為補償因電動機定子繞組電阻所引起的低速時轉矩降低,而把低頻率範圍增大的方法。設定為自動時,可使加速時的電壓自動提公升以補償起動轉矩,使電動機加速順利進行。如採用手動補償時,根據負載特性,尤其是負載的起動特性,通過試驗可選出較佳

曲線。對於變轉矩負載,如選擇不當會出現低速時的輸出電壓過高,而浪費電能的現象,甚至還會出現電動機帶負載起動時電流大,而轉速上不去的現象。

8.電子熱過載保護

本功能為保護電動機過熱而設定,它是變頻器內 cpu 根據運轉電流值和頻率計算出電動機的溫公升,從而進行過熱保護。本功能只適用於「 一拖一」 場合,而在「 一拖多」 時,則應在各台電動機上加裝熱繼電器。

電子熱保護設定值 (%)=[ 電動機額定電流 (a)/ 變頻器額定輸出電流(a)]×100% 。

9.頻率限制

即變頻器輸出頻率的上、下限幅值。頻率限制是為防止誤操作或外接頻率設定訊號源出故障,而引起輸出頻率的過高或過低,以防損壞裝置的一種保護功能。在應用中按實際情況設定即可。

此功能還可作限速使用,如有的皮帶輸送機,由於輸送物料不太多,為減少機械和皮帶的磨損,可採用變頻器驅動,並將變頻器上限頻率設定為某一頻率值,這樣就可使皮帶輸送機執行在乙個固定、較低的工作速度上。

10.偏置頻率

有的又叫偏差頻率或頻率偏差設定。其用途是當頻率由外部模擬訊號 ( 電壓或電流 ) 進行設定時,可用此功能調整頻率設定訊號最低時輸出頻率的高低。有的變頻器當頻率設定訊號為 0% 時,偏差值可作用在 0 ~ fmax 範圍內,有的變頻器 ( 如明電舍、三墾 ) 還可對偏置極性進行設定。

如在除錯中當頻率設定訊號為 0% 時,變頻器輸出頻率不為 0hz ,而為 xhz ,則此時將偏置頻率設定為負的 xhz 即可使變頻器輸出頻率為 0hz 。

11.頻率設定訊號增益

此功能僅在用外部模擬訊號設定頻率時才有效。它是用來彌補外部設定訊號電壓與變頻器內電壓 (+10v) 的不一致問題;同時方便模擬設定訊號電壓的選擇,設定時,當模擬輸入訊號為最大時 ( 如 10v 、 5v 或 20ma) ,求出可輸出 f/v 圖形的頻率百分數並以此為引數進行設定即可;如外部設定訊號為 0 ~ 5v 時,若變頻器輸出頻率為 0 ~ 50hz ,則將增益訊號設定為 200% 即可。

12.轉矩限制

可為驅動轉矩限制和制動轉矩限制兩種。它是根據變頻器輸出電壓和電流值,經 cpu 進行轉矩計算,其可對加減速和恆速執行時的衝擊負載恢復特性有顯著改善。轉矩限制功能可實現自動加速和減速控制。

假設加減速時間小於負載慣量時間時,也能保證電動機按照轉矩設定值自動加速和減速。

驅動轉矩功能提供了強大的起動轉矩,在穩態運轉時,轉矩功能將控制電動機轉差,而將電動機轉矩限制在最大設定值內,當負載轉矩突然增大時,甚至在加速時間設定過短時,也不會引起變頻器跳閘。在加速時間設定過短時,電動機轉矩也不會超過最大設定值。驅動轉矩大對起動有利,以設定為 80 ~ 100% 較妥。

制動轉矩設定數值越小,其製動力越大,適合急加減速的場合,如制動轉矩設定數值設定過大會出現過壓報警現象。如制動轉矩設定為 0% ,可使加到主電容器的再生總量接近於 0 ,從而使電動機在減速時,不使用制動電阻也能減速至停轉而不會跳閘。但在有的負載上,如制動轉矩設定為 0% 時,減速時會出現短暫空轉現象,造成變頻器反覆起動,電流大幅度波動,嚴重時會使變頻器跳閘,應引起注意。

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