變頻器基本結構與控制

2022-07-17 12:09:01 字數 4731 閱讀 1315

1、什麼是變頻器?

變頻器是利用電力半導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 的不同點是什麼?

pwm 是英文 pulse width modulation(脈衝寬度調製)縮寫,按一定規律改變脈衝列的脈衝寬度,以調節輸出量和波形的一種調值方式。pam 是英文 pulse amplitude modulation(脈衝幅度調製)縮寫,是按一定規律改變脈衝列的脈衝幅度,以調節輸出量值和波形的一種調製方式。

3、電壓型與電流型有什麼不同?

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,直流迴路的濾波是電容;電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器,其直流迴路濾波石電感。

4、為什麼變頻器的電壓與電流成比例的改變?

非同步電動機的轉矩是電機的磁通與轉子內流過電流之間相互作用而產生的, 在額定頻率下,如果電壓一定而只降低頻率,那麼磁通就過大,磁迴路飽和,嚴重時將燒毀電機。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象的產生。這種控制方式多用於風機、幫浦類節能型變頻器。

5、電動機使用工頻電源驅動時,電壓下降則電流增加;對於變頻器驅動,如果頻率下降時電壓也下降,那麼電流是否增加?

頻率下降(低速)時,如果輸出相同的功率,則電流增加,但在轉矩一定的條件下,電流幾乎不變。

6、採用變頻器運轉時,電機的起動電流、起動轉矩怎樣?

採用變頻器運轉,隨著電機的加速相應提高頻率和電壓,起動電流被限制在 150%額定電流以下(根據機種不同,為 125%~200%)。用工頻電源直接起動時, 起動電流為 6~7 倍,因此,將產生機械電氣上的衝擊。採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,起動轉矩為 70%~120%額定轉矩;對於帶有轉矩自動增強功能的變頻器,起動轉矩為 100% 以上,可以帶全負載起動。

7、v/f 模式是什麼意思?

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 的比例關係是考慮了電機特性而預先決定的,通常在控制器的儲存裝置(rom)中存有幾種特性,可以用開關或標度盤進行選擇。

8、按比例地改 v 和 f 時,電機的轉矩如何變化?

頻率下降時完全成比例地降低電壓,那麼由於交流阻抗變小而直流電阻不變,將造成在低速下產生地轉矩有減小的傾向。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矩,這種補償稱增強起動。可以採用各種方法實現,有自動進行的方法、選擇 v/f 模式或調整電位器等方法。

9、在說明書上寫著變速範圍 60~6hz,即 10:1,那麼在 6hz 以下就沒有輸出功率嗎?

在 6hz 以下仍可輸出功率,但根據電機溫公升和起動轉矩的大小等條件,最低使用頻率取 6hz 左右,此時電動機可輸出額定轉矩而不會引起嚴重的發熱問題。 變頻器實際輸出頻率(起動頻率)根據機種為 0.5~3hz.。

10、對於一般電機的組合是在 60hz 以上也要求轉矩一定,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,大體為恆功率特性,在高速下要求相同轉矩時,必須注意電機與變頻器容量的選擇。

11、所謂開環是什麼意思?

給所使用的電機裝置設速度檢出器(pg),將實際轉速反饋給控制裝置進行控制的,稱為「閉環」,不用 pg 運轉的就叫作「開環」。通用變頻器多為開環方式,也有的機種利用選件可進行 pg 反饋。

12、實際轉速對於給定速度有偏差時如何辦?

開環時,變頻器即使輸出給定頻率,電機在帶負載執行時,電機的轉速在額定轉差率的範圍內(1%~5%)變動。對於要求調速精度比較高,即使負載變動也要求在近於給定速度下運轉的場合,可採用具有 pg 反饋功能的變頻器(選用件)。

13、如果用帶有 pg 的電機,進行反饋後速度精度能提高嗎?

具有pg反饋功能的變頻器,精度有提高。但速度精度的植取決於pg本身的精度和變頻器輸出頻率的解析度。

14、失速防止功能是什麼意思?

如果給定的加速時間過短,變頻器的輸出頻率變化遠遠超過轉速(電角頻率)的變化,變頻器將因流過過電流而跳閘,運轉停止,這就叫作失速。為了防止失速使電機繼續運轉,就要檢出電流的大小進行頻率控制。當加速電流過大時適當放慢加速速率。

減速時也是如此。兩者結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,這有什麼意義?

加減速可以分別給定的機種,對於短時間加速、緩慢減速場合,或者對於小型工具機需要嚴格給定生產節拍時間的場合是適宜的,但對於風機傳動等場合,加減速時間都較長,加速時間和減速時間可以共同給定。

16、什麼是再生制動?

電動機在運轉中如果降低指令頻率,則電動機變為非同步發電機狀態執行,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,由於電容器的容量和耐壓的關係。

1 變頻器簡介

1.1 變頻器的基本結構

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變成交流電。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。

1.2 變頻器的分類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 控制變頻器和高載頻 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;按照用途分類,可以分為通用變頻器、高效能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。

2 變頻器中常用的控制方式

2.1 非智慧型控制方式在交流變頻器中使用的非智慧型控制方式有 v/f 協調控制、轉差頻率控制、 向量控制、直接轉矩控制等。

(1) v/f 控制 v/f 控制是為了得到理想的轉矩-速度特性,基於在改變電源頻率進行調速的同時,又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的,通用型變頻器基本上都採用這種控制方式。v/f 控制變頻器結構非常簡單,但是這種變頻器採用開環控制方式,不能達到較高的控制效能,而且,在低頻時,必須進行轉矩補償,以改變低頻轉矩特性。

(2) 轉差頻率控制轉差頻率控制是一種直接控制轉矩的控制方式,它是在 v/f 控制的基礎上,按照知道非同步電動機的實際轉速對應的電源頻率,並根據希望得到的轉矩來調節變頻器的輸出頻率,就可以使電動機具有對應的輸出轉矩。這種控制方式,在控制系統中需要安裝速度感測器,有時還加有電流反饋,對頻率和電流進行控制,因此,這是一種閉環控制方式,可以使變頻器具有良好的穩定性, 並對急速的加減速和負載變動有良好的響應特性。

(3) 向量控制向量控制是通過向量座標電路控制電動機定子電流的大小和相位,以達到對電動機在 d、q、0 座標軸系中的勵磁電流和轉矩電流分別進行控制,進而達到控制電動機轉矩的目的。通過控制各向量的作用順序和時間以及零向量的作用時間,又可以形成各種 pwm 波,達到各種不同的控制目的。例如形成開關次數最少的 pwm 波以減少開關損耗。。

基於轉差頻率的向量控制方式與轉差頻率控制方式兩者的定常特性一致,但是基於轉差頻率的向量控制還要經過座標變換對電動機定子電流的相位進行控制,使之滿足一定的條件,以消除轉矩電流過渡過程中的波動。因此,基於轉差頻率的向量控制方式比轉差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改善。但是,這種控制方式屬於閉環控制方式,需要在電動機上安裝速度感測器,因此,應用範圍受到限制。

無速度感測器向量控制是通過座標變換處理分別對勵磁電流和轉矩電流進行控制,然後通過控制電動機定子繞組上的電壓、電流辨識轉速以達到控制勵磁電流和轉矩電流的目的。這種控制方式調速範圍寬,啟動轉矩大,工作可靠,操作方便,但計算比較複雜,一般需要專門的處理器來進行計算,因此, 實時性不是太理想,控制精度受到計算精度的影響。

(4) 直接轉矩控制直接轉矩控制是利用空間向量座標的概念,在定子座標系下分析交流電動機的數學模型,控制電動機的磁鏈和轉矩,通過檢測定子電阻來達到觀測定子磁鏈的目的,因此省去了向量控制等複雜的變換計算,系統直觀、簡潔,計算速度和精度都比向量控制方式有所提高。即使在開環的狀態下,也能輸出 100% 的額定轉矩,對於多拖動具有負荷平衡功能。

(5) 最優控制最優控制在實際中的應用根據要求的不同而有所不同,可以根據最優控制的理論對某乙個控制要求進行個別引數的最優化。例如在高壓變頻器的控制應用中,就成功的採用了時間分段控制和相位平移控制兩種策略,以實現一定條件下的電壓最優波形。

(6)其他非智慧型控制方式在實際應用中,還有一些非智慧型控制方式在變頻器的控制中得以實現,例如自適應控制、滑模變結構控制、差頻控制、環流控制、頻率控制等。

2.2 智慧型控制方式

智慧型控制方式主要有神經網路控制、模糊控制、專家系統、學習控制等。在變頻器的控制中採用智慧型控制方式在具體應用中有一些成功的範例。

(1) 神經網路控制

神經網路控制方式應用在變頻器的控制中,一般是進行比較複雜的系統控制,這時對於系統的模型了解甚少,因此神經網路既要完成系統辨識的功能,又要進行控制。而且神經網路控制方式可以同時控制多個變頻器,因此在多個變頻器級聯時進行控制比較適合。但是神經網路的層數太多或者演算法過於複雜都會在具體應用中帶來不少實際困難。

(2) 模糊控制

模糊控制演算法用於控制變頻器的電壓和頻率,使電動機的公升速時間得到控制,以避免公升速過快對電機使用壽命的影響以及公升速過慢影響工作效率。模糊控制的關鍵在於論域、隸屬度以及模糊級別的劃分,這種控制方式尤其適用於多輸入單輸出的控制系統。

(3) 專家系統

專家系統是利用所謂「專家」的經驗進行控制的一種控制方式,因此,專家系統中一般要建立乙個專家庫,存放一定的專家資訊,另外還要有推理機制,以便於根據已知資訊尋求理想的控制結果。專家庫與推理機制的設計是尤為重要的,關係著專家系統控制的優劣。應用專家系統既可以控制變頻器的電壓,又可以控制其電流。

變頻器基本結構與控制簡介

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變頻器基本結構及控制

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變頻器基本結構與原理

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