變頻器應(yīng)用技術(shù)99.ppt

變頻器應(yīng)用技術(shù)交流,廖興萬2020/6/9,內(nèi)容大綱,變頻器概述交流異步電機調(diào)速方式變頻器的工作原理變頻器的控制方式節(jié)能原理與應(yīng)用舉例變頻器管理注意事項,變頻器概述,第一部分,引言:什么是變頻器?,顧名思義，變頻器就是要改變電壓或電流的頻率，以改變交流異步電動機轉(zhuǎn)速的機器。英文名稱：Inverter，一般譯作逆變器。學(xué)術(shù)解釋：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。,變頻技術(shù)的發(fā)展過程,變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機無級調(diào)速的需要而誕生的。20世紀(jì)60年代后半期開始，電力電子器件從SCR(晶閘管)、GTO(門極可關(guān)斷晶閘管)、GTR（電力晶體管）、MOSFET（電力場效晶體管）發(fā)展到今天的IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)、IGCT(集成門極換流晶閘管)、IPM（智能功率模塊），器件的更新促使電力變換技術(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(PWMVVVF)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廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)90年代，變頻技術(shù)從V/F控制發(fā)展到矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，從開環(huán)控制到閉環(huán)控制，2000年以后，變頻技術(shù)結(jié)合技術(shù)，逐步向智能模糊控制方向發(fā)展。,我國變頻器的應(yīng)用現(xiàn)狀,20世紀(jì)90年代初中國企業(yè)界才開始認(rèn)識并認(rèn)識并嘗試使用變頻器，得到認(rèn)可并大量使用是最近幾年的事。變頻器從一開始進入我國，國外品牌就占據(jù)大部分市場份額，同時，國內(nèi)變頻器的研制和生產(chǎn)也在向前發(fā)展，目前，國產(chǎn)變頻器正在被更國的國內(nèi)外客戶認(rèn)可和選用。當(dāng)今，變頻器的應(yīng)用幾乎涵蓋了國民經(jīng)濟的各個行業(yè)，特別是在建材、鋼鐵、有色金屬、采油、石化、紡織等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。采用變頻器調(diào)速，除了替代過去的老式調(diào)速，更多的是用于老式調(diào)速無法勝任的新的調(diào)速領(lǐng)域。,變頻調(diào)速效果,變頻器的發(fā)展趨勢,向?qū)Ｓ眯头较虬l(fā)展向人性化方向發(fā)展易用性不斷提高功率結(jié)構(gòu)模塊化智能化減小諧波影響,我國變頻器應(yīng)用的大環(huán)境,在我國60%的發(fā)電量是通過電動機消耗的，因此調(diào)速傳動是一個重要行業(yè)，一直得到國家重視，目前已有一定規(guī)模。1998年1月1日實施的中華人民共和國節(jié)約能源法第39條，已將變頻調(diào)速列入通用節(jié)能技術(shù)加以推廣。即將出臺的限制性政策規(guī)定：對新建和擴建工程需要調(diào)速運行的風(fēng)機和水泵，一律不準(zhǔn)采用擋板和閥門調(diào)節(jié)流量；對采用擋板和閥門調(diào)節(jié)流量的要分期、分批、有步驟地進行調(diào)速改造。,變頻器在我們煉油廠的使用,在石化系統(tǒng)，我們茂石化和九江石化應(yīng)用變頻器最早。在八十年代末期，我廠首先在潤滑油重質(zhì)車間使用獲得成功。目前安裝臺數(shù)已達(dá)到258臺，總?cè)萘?6359kW,其中有10臺高壓變頻器。平均節(jié)電率達(dá)到20-30%之間，有的高達(dá)50%，全年節(jié)電量在2000萬kWh左右。但這兩年來，隨著煉量的大幅提升，許多裝了變頻器的機泵都提量，接近滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運行，節(jié)電效果明顯下降。目前使用的變頻器都是進口的。主要以富士變頻器為主，兼用了山墾、西門子、日電等品牌。變頻器的投用，取得明顯的控制和節(jié)能效果，變頻器的投用率和完好率現(xiàn)已作為電氣車間和有關(guān)車間經(jīng)濟考核指標(biāo)。目前，通過大家的共同努力，變頻器的投用率和完好率已從去年的90、70分別提高到現(xiàn)在的98.5、86。,交流異步電機調(diào)速方式,第二部分,三相異步電動機的機械特性,公式1同步轉(zhuǎn)速：n=60f/p;2感應(yīng)電動勢：E=4.44KNfm當(dāng)加在電動機上的電壓U為額定電壓時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系，稱為電動機的機械特性，即n=f（T）三相異步電動機的機械特性曲線如圖,特性曲線上幾個特殊的轉(zhuǎn)矩,起動轉(zhuǎn)矩（TST）在n=0（s=1），T=TST點，這點轉(zhuǎn)矩稱為起動轉(zhuǎn)矩TST，也稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于TST時，電動機將不能起動。額定轉(zhuǎn)矩TN在n=nN（s=sN），T=TN點，這點的轉(zhuǎn)矩稱為額定轉(zhuǎn)矩TN。當(dāng)電動機工作在額定轉(zhuǎn)矩TN時，sN通常在0.020.06之間，轉(zhuǎn)速在很小的范圍內(nèi)變化時，轉(zhuǎn)矩即可在很大的范圍內(nèi)變化，即工作于額定轉(zhuǎn)矩TN時，電動機具有很硬的機械特性。最大轉(zhuǎn)矩TM在n=nL（s=sL），T=TM點，這點的轉(zhuǎn)矩稱為最大轉(zhuǎn)矩TM。TM的大小象征著電動機的過載能力，用過載倍數(shù)表示，=TM/TN。在任何情況下，電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩都不能大于TM，否則電動機轉(zhuǎn)速將急劇下降，致使電動機堵轉(zhuǎn)停止，因此這一點稱為臨界轉(zhuǎn)速點。臨界轉(zhuǎn)速nL的大小決定了L點的上下位置，從而反映了機械特性的硬度。,交流電動機調(diào)速的幾種方式,交流電動機的三種調(diào)速方法：變極調(diào)速三相異步電動機的變極調(diào)速是有級調(diào)速，通過改變磁極對數(shù)p，可以得到2：1調(diào)速、3：2調(diào)速、4：3調(diào)速及三速電機等，調(diào)速的級數(shù)很少。由于磁極對數(shù)p取決于定子繞組的結(jié)構(gòu)，而且籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)能自動地保持與定子極數(shù)相等，所以此調(diào)速只適用于特制的籠型異步電動機，這種電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速一般適用于繞線型異步電動機或轉(zhuǎn)差電動機。具體的實現(xiàn)方法很多，比如：轉(zhuǎn)子串電阻的串級調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等。隨著s的增大，電動機的機械特性變軟，效率降低。變頻調(diào)速變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬，調(diào)速平滑性好，調(diào)速前后不改變機械特性硬度，調(diào)速的動態(tài)特性好等特點。,變頻調(diào)速時的機械特性,根據(jù)電動機理論，當(dāng)f1較高時，忽略定子繞組電阻，最大電磁轉(zhuǎn)矩TM（U1/f1）2、臨界轉(zhuǎn)差率sL1/f1、對應(yīng)臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速差n=sLn1=sL60f1/p為常數(shù)、起動轉(zhuǎn)矩TSTu12/f13；當(dāng)f1較低時，定子繞組電阻的影響不可忽略，最大電磁轉(zhuǎn)矩TM隨著頻率的減小而減小、轉(zhuǎn)速差n仍為常數(shù)、TST隨著頻率減小而減小。按照上述分析，可以大致了解變頻調(diào)速的機械特性，如圖13所示。分兩種情況，下面進行說明,基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速,調(diào)速時，通常以電動機的額定頻率為基本頻率，即基頻。在基頻以下調(diào)速時，須保持E1/f1恒定，即保持主磁通m恒定。由于E1難以直接控制，由式（1-6）可知，f1較高時，保持E1/f1恒定，即可近似地保持主磁通m恒定。由于TM（U1/f1）2，保持U1/f1恒定時，TM恒定，電動機帶動負(fù)載的能力不變，而且此過程中，轉(zhuǎn)速差n基本不變，所以調(diào)速后的機械特性曲線平行地移動，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于“恒轉(zhuǎn)矩”調(diào)速。當(dāng)f1較低時，若仍由U1/f1恒定來代替E1/f1恒定，會帶來較大的誤差，TM和TST隨著頻率的減小而減小，電動機帶動負(fù)載的能力變小。此時，若仍由U1/f1恒定來代替E1/f1恒定，可采用電壓補償方法，即適當(dāng)提高電壓U1，目的是補償定子阻抗壓降，近似保持E1/f1恒定，提高電動機帶動負(fù)載的能力，其機械特性曲線如圖1-3虛線所示。,基頻以上的弱磁變頻調(diào)速,由于電動機不能超過額定電壓運行，所以頻率由額定值向上升高時，定子電壓不可能隨之升高，只能保持在額定值不變。這樣必然會使m隨著f1的升高而下降，類似于直流電動機的弱磁調(diào)速。由于TM（U1/f1）2，保持U1恒定時，TM隨著f1的升高而下降，電動機帶動負(fù)載的能力變??；隨著f1的升高，m下降，輸出轉(zhuǎn)矩T下降，而轉(zhuǎn)速n上升，屬于近似“恒功率”調(diào)速。,交流變頻調(diào)速的特性,調(diào)速時平滑性好，效率高。低速時，相對穩(wěn)定性好。調(diào)速范圍較大，精度高。起動電流低，對系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效果明顯。變頻器體積小，便于安裝、調(diào)試、維修簡便。易于實現(xiàn)過程自動化。目前變頻技術(shù)已經(jīng)非常成熟，產(chǎn)品性價比非常高。在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，低速段電動機的過載能力大為降低。,變頻器的工作原理,第三部分,變頻器的分類,按電壓等級分：高壓變頻器和低壓變頻器；按工作方式分：交交變頻器和交直交變頻器。按電源類型分：可分為電壓型和電流型。按控制方式分：PWM和PAM兩種；按數(shù)學(xué)模型分：V/F控制、頻差控制、直接轉(zhuǎn)矩控制。,其中:交交變頻器：直接將電網(wǎng)交流電變?yōu)榭烧{(diào)頻調(diào)壓的交流電輸出，沒有明顯的中間濾波環(huán)節(jié)，故又稱直接變頻器。交直交變頻器：將電網(wǎng)交流電經(jīng)整流器轉(zhuǎn)換為直流電，經(jīng)中間濾波環(huán)節(jié)后，再經(jīng)逆變器變換為調(diào)頻調(diào)壓的交流電，故又稱間接變頻器。根據(jù)中間濾波環(huán)節(jié)不同又分電壓型和電流型。電壓型:用改變電壓頻率來改變電機轉(zhuǎn)速的方式.電流型:用改變電流的頻率來改變電機轉(zhuǎn)速的方式.,變頻器核心名詞解釋,PWM：指PulseWidthModulation，即脈沖寬度調(diào)制，改變脈沖電壓的寬度（輸出時間）以控制輸出的電壓幅值和頻率，可只對逆變部份進行控制PAM：指PulseAmplitudeModulation的縮寫，即脈沖幅度調(diào)制，它對變流部份進行控制，把交流變?yōu)橹绷魍瑫r改變直流的大小，在逆變部份控制頻率輸出。VVVF是VariableVoltageVariableFrequncy的縮寫，是可變電壓、可變頻率的意思，也就是變頻器。,變頻器的基本工作原理,圖中整流器為三相橋式整流電路，以恒定的直流電壓供給逆變器，而直流側(cè)則并聯(lián)大容量電解電容器，起到濾波、儲能和緩沖負(fù)載的無功功率的作用，然后通過控制回路控制SPWM（正弦PWM）逆變器輸出電壓的脈沖寬度和頻率，輸出三相調(diào)壓調(diào)頻電流，實現(xiàn)電機的變速運行。圖中變頻器的控制電路中已設(shè)定的頻率給定FRH，經(jīng)過ACC和DEC加減速控制電路，變成頻率基準(zhǔn)和電壓基準(zhǔn)信號，分別經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換回路和V/F變換電路，再加上三角波和三相正弦波的共同作用下在CPU內(nèi)部調(diào)制成SPWM脈沖，成為功率管的基極控制信號，驅(qū)動大功率晶體管，從而使直流電壓調(diào)制成任意幅值和任意頻率的三相正弦波交流電壓。,電機工頻運行與變頻運行的波形比較,工頻運行波形,變頻運行波形,脈沖寬度調(diào)制（PWM）原理,脈沖寬度調(diào)制技術(shù)的概念脈沖寬度調(diào)制（縮寫為PWM）是通過按照一定的規(guī)則和要求對一系列脈沖寬度進行調(diào)制，來得到所需要的等效波形。下面以變頻調(diào)速常用的電路結(jié)構(gòu)（如圖1-13所示）為例來說明PWM含義：一般異步電動機需要的是正弦交流電，而逆變電路輸出的往往是脈沖。PWM控制的目的就是通過對逆變電路輸出脈沖的寬度進行調(diào)制，使之與正弦波等效。這樣，雖然電動機的輸入信號仍為脈沖，但它是與正弦波等效的調(diào)制波，那么電動機的輸入信號也就等效為正弦交流電了。,脈沖寬度調(diào)制（PWM）原理,PWM技術(shù)的基本原理PWM技術(shù)的理論基礎(chǔ)是采用控制理論中的一個重要結(jié)論面積等效控制原理：面積相等而形狀不同窄脈沖，分別加在具有慣性環(huán)節(jié)的輸入端，其輸出響應(yīng)波形基本相同。也就是說盡管脈沖形狀不同，但只要脈沖的面積相等，把它們分別加在具有相同慣性的同一環(huán)節(jié)上，其作用的效果基本相同。下面來分析如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替正弦波。如圖1-14所示，將一個正弦半波電壓分為N等份如圖1-14（a）所示，并把正弦曲線每一等份所保衛(wèi)的面積都用一個與其面積相等的等幅矩形脈沖來代替，且矩形脈沖的中點與相應(yīng)正弦等份的中點重合，得到如圖1-14（b）所示的脈沖列，這就是PWM波。,點擊顯示圖形,SPWM波,正弦波的另外半波也用同樣的方法來等效，就可以得到與正弦波等效的脈寬調(diào)制波，又稱其為SPWM波。SPWM波在變頻電路中被廣泛采用。根據(jù)采用控制理論，N值越高（即脈沖頻率越高），SPWM波越接近正弦波，但脈沖頻率一方面受變頻器中開關(guān)器件工作頻率的限制，另一方面頻率太高，電磁干擾增大，要帶來一些新的問題。實際應(yīng)用中，常用調(diào)制方法形成SPWM波，即把所希望生成的正弦波作為調(diào)制波ur，把接受調(diào)制的信號作為載波uT。載波uT采用等腰三角波或鋸齒波，調(diào)制波ur為正弦信號，利用載波和調(diào)制波相比較的方式來確定脈寬和間隔。,PWM逆變電路的控制方式,按照調(diào)制脈沖的極性關(guān)系，PWM逆變電路的控制方式分為：單極性控制和雙極性控制。下面以單相橋式SPWM逆變電路為例，分析這兩種控制方式的原理。,單極性SPWM控制,單極性SPWM控制設(shè)定載波uT、調(diào)制波ur，如圖1-16（a）所示。在ur正半周，讓VT1一直保持通態(tài)，VT4保持?jǐn)鄳B(tài)。當(dāng)uruT時，控制VT3為通態(tài)，負(fù)載輸出電壓uo=ud；當(dāng)uruT時，控制VT3為斷態(tài)，負(fù)載輸出電壓uo=0，此時負(fù)載電流可以經(jīng)過VT1與VD2續(xù)流。在ur負(fù)半周，讓VT4一直保持通態(tài)，VT1保持?jǐn)鄳B(tài)。當(dāng)uruT時，控制VT2為通態(tài)，負(fù)載輸出電壓uo=-ud；當(dāng)uruT時，控制VT2為斷態(tài)，負(fù)載輸出電壓uo=0，此時負(fù)載電流可以經(jīng)過VT4與VD3續(xù)流。這樣，就得到了SPWM波uo，如圖1-16（b）所示，uof為uo的基波分量?？梢姡谌我獍雮€周期內(nèi)，SPWM波只能在一個方向變化，故稱為單極性SPWM控制方式。由于改變ur的幅值時，調(diào)制波的脈寬將隨之改變，從而改變輸出電壓的大??；而改變ur的頻率時，輸出電壓的基礎(chǔ)頻率也隨之改變，這就實現(xiàn)了既可調(diào)壓又可調(diào)頻的目的。,點擊顯示圖形,雙極性SPWM控制,設(shè)定調(diào)制波ur、載波uT，載波uT改為正負(fù)兩個方向變化的等腰三角波，如圖1-17（a）所示。當(dāng)uruT時，給VT1和VT3導(dǎo)通信號，而給VT2和VT4關(guān)斷信號，負(fù)載輸出電壓uo=ud；當(dāng)uruT時，VT2和VT4導(dǎo)通信號，給VT1和VT3關(guān)斷信號，負(fù)載輸出電壓uo=-ud。這樣，就得到了SPWM波。如圖1-17（b）所示?？梢?，在任意半個周期內(nèi)，SPWM波在正、負(fù)兩個方向交替，故稱為雙極性SPWM控制方式。改變ur的幅值和頻率，即可達(dá)到調(diào)壓、調(diào)頻的目的。,點擊顯示圖形,雙極性SPWM控制,在雙極性SPWM控制中同一半橋上下兩個橋臂晶體管的驅(qū)動信號極性恰好相反，處于互補工作方式。當(dāng)負(fù)載為感性時，由于負(fù)載電流不能突變，其續(xù)流是由二極管完成的。下面舉例說明：由VT1、VT3導(dǎo)通切換到VT2、VT4時，由于感性負(fù)載的電流不能突變，須由VD2、VD4續(xù)流，也就是說VT2、VT4不能立刻導(dǎo)通。當(dāng)負(fù)載電流較大時，直到下一次VT1、VT3重新導(dǎo)通前，負(fù)載電流方向始終未變，一直由VD2、VD4續(xù)流，VT2、VT4始終未開通。當(dāng)負(fù)載電流較小時，在其降到零之前，須由VD2、VD4續(xù)流；之后VT2、VT4導(dǎo)通，負(fù)載電流反向。不論VD2、VD4導(dǎo)通還是VT2、VT4導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓都是-ud。由VT2、VT4導(dǎo)通切換到VT1、VT3時，與上述情況類似。,點擊顯示圖形,變頻器的三相橋式SPWM逆變電路,如圖1-18所示為變頻器常用的三相橋式SPWM逆變電路，由電路結(jié)構(gòu)可見，其控制方式為雙極性控制。電路的開關(guān)器件采用IGBT，負(fù)載為感性。,三相橋式SPWM逆變電路調(diào)頻原理,U、V、W三相載波信號公用一個三角載波uT，三相調(diào)制信號uru、urv、urw為相位依次相差120o的正弦波，如圖1-19（a）所示。改變?nèi)嗾{(diào)制信號uru、urv、urw的頻率，即可改變變頻器的輸出頻率，達(dá)到變頻的目的。U、V、W三相的IGBT控制規(guī)律相同，現(xiàn)以U相為例來說明電路的控制過程。當(dāng)uruuT時，給VT1導(dǎo)通信號，給VT4關(guān)斷信號，則U相相對于電源假想中性點N的輸出電壓uuN=ud/2；當(dāng)uruuT時，給VT4導(dǎo)通信號，給VT1關(guān)斷信號，則U相相對于電源假想中性點N的輸出電壓uuN=-ud/2，VT1和VT4的驅(qū)動信號始終是互補的。當(dāng)給VT1（VT4）加導(dǎo)通信號時，可能是VT1（VT4）導(dǎo)通，也可能時二極管VD1（VD4）續(xù)流導(dǎo)通，這要由感性負(fù)載中原來電流的方向和大小決定，和單相橋式PWM逆變電路雙極性控制時的情況相同。V相和W相的控制方式和U相相同。uuN、uvN和uwN波形如圖1-19（b）所示。線電壓的波形uuv可由uuv=uuN-uvn得出；若求負(fù)載的相電壓可由式uuN=uuN-（uun+uvN+uwN）/3求得，依此類推可求得其他線電壓和相電壓，其波形略。,點擊顯示圖形,三相橋式SPWM逆變電路調(diào)壓原理,變頻器的調(diào)壓和調(diào)頻是同時進行的。當(dāng)將三相調(diào)制信號uru、urv、urw的頻率調(diào)低（高）時，三個信號的幅度也相應(yīng)調(diào)?。ù螅?，使得調(diào)制信號的U/f或按照設(shè)定要求變化。若調(diào)制信號的幅度變小，則變頻器的輸出脈沖寬度變窄，等效電壓變低；若調(diào)制信號的幅度變大，則變頻器的輸出脈沖變寬，等效電壓變高。,三相橋式SPWM調(diào)壓及調(diào)頻歸納,綜上所述，變頻器的調(diào)壓調(diào)頻過程是通過控制三相調(diào)頻信號進行的。在雙極性SPWM控制方式中，理論上要求同一相上下兩個橋臂的驅(qū)動信號互補，但實際了防止上下兩個橋臂直通而造成電源短路，通常要求先加關(guān)斷信號，再延遲t，才給另一個施加導(dǎo)通信號。延遲時間t的長短主要由功率開關(guān)器件的關(guān)斷時間決定。由于這個延時將會給輸出SPWM波帶來不利影響，使其偏離正弦波，所以在保證電路可靠工作的前提下，延遲時間要盡可能縮短。,變頻器基本功能一,變頻器基本功能二,變頻器基本功能三,變頻器基本功能四,變頻器的控制方式,第四部分,控制方式分類,開環(huán)控制u/f控制和矢量控制對于變頻器和電動機而言，都屬于開環(huán)控制。雖然矢量控制在變頻器內(nèi)部通過一系列環(huán)節(jié)使電動機的轉(zhuǎn)速精度和機械硬度都有了很大提高，但由于電動機的轉(zhuǎn)速不能直接反饋到變頻器，因而還是有一定的速度誤差。閉環(huán)控制為了進一步減小速度誤差，變頻器可以采用測速發(fā)電機或光電編碼器形成閉環(huán)控制。,變頻器的閉環(huán)運行,為了提高傳動精度，進行自動控制等，通過PG編碼器、壓力傳感器、速度傳感器等將電動機的轉(zhuǎn)速、負(fù)載壓力、負(fù)載速度等物理量反饋到變頻器的輸入端，使變頻器與電動機或變頻器與拖動負(fù)載構(gòu)成一個閉環(huán)系統(tǒng)，這種控制方法就被稱為閉環(huán)運行。采用光電編碼器組成閉環(huán)系統(tǒng)采用傳感器的PID閉環(huán)系統(tǒng),采用光電編碼器組成閉環(huán)系統(tǒng),光電編碼器又稱為光電碼盤，簡稱PG，它有一個轉(zhuǎn)軸可以連接在電動機軸上與電動機一起轉(zhuǎn)動，通過光電編碼，將電動機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。電脈沖信號反饋給變頻器，變頻器根據(jù)反饋脈沖信號對電動機進行控制，這種控制方法稱為帶PG的閉環(huán)控制,u/f閉環(huán)控制和矢量閉環(huán)控制比較,閉環(huán)控制分為u/f閉環(huán)控制和矢量閉環(huán)控制，其控制精度比較見表2-1。,實際應(yīng)用中的選擇,實際應(yīng)用中要根據(jù)具體情況來選擇變頻器及控制方式。當(dāng)轉(zhuǎn)速控制精度要求不高時，可選擇u/f控制。u/f控制不需要輸入電動機的各種參數(shù)，對電動機的要求不是很嚴(yán)格，而且普通u/f控制變頻器（不含矢量控制）的價格也稍低一些。對于轉(zhuǎn)速控制精度要求較高的場合，可選用矢量控制。具有矢量控制的變頻器是較高檔次的變頻器，由表2-1給出的參數(shù)可見，其控制精度已經(jīng)比較高，能滿足較高的應(yīng)用要求。如果在動態(tài)性能方面無嚴(yán)格要求的情況下，不要再輕易增加PG閉環(huán)速度反饋，因為增加PG反饋不但增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，也提高了設(shè)備成本，但不一定有更佳效果。,采用傳感器的PID閉環(huán)系統(tǒng),PID是比例（P）、積分（I）、微分（D）調(diào)節(jié)器的總稱。比例調(diào)節(jié)器就是在運算放大電路中學(xué)習(xí)的比例運算電路，它的輸出電壓與輸入電壓成比例關(guān)系，由于比例運算放大器作為調(diào)節(jié)器其調(diào)節(jié)速度快、線形好，得到廣泛應(yīng)用。但P型調(diào)節(jié)器是有靜差調(diào)節(jié)，為了消除靜差，采用積分調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)。積分調(diào)節(jié)器雖無靜差，但反饋滯后，而微分調(diào)節(jié)器又有反應(yīng)速度快的特點，將它們結(jié)合起來應(yīng)用就是PID控制。,PID閉環(huán)控制系統(tǒng)控制儲氣罐例,有些變頻器內(nèi)置PID功能，在應(yīng)用時可通過相應(yīng)的功能參數(shù)進行預(yù)置。變頻器在選用PID功能進行閉環(huán)控制時，反饋信號一般由壓力、流量、速度等傳感器獲取。圖2-24所示是由壓力傳感器組成的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)，儲氣罐的壓力由壓力傳感器測得，通過PID控制器加到變頻器的模擬電流控制端。當(dāng)儲氣罐的壓力設(shè)置好以后，如果用氣量大使罐內(nèi)的壓力下降，則通過壓力傳感器反饋到變頻器的輸入端，使變頻器的頻率上升，壓縮機加速運轉(zhuǎn)；如果罐內(nèi)的壓力上升，則反饋信號使變頻器的頻率下降，壓縮機減速運轉(zhuǎn)?？傊?，反饋信號控制變頻器使罐內(nèi)的壓力保持恒定值。,點擊顯示圖形,PID高級功能表（部分）,PID高級功能說明（部分）,H20H25PID控制參數(shù)。PID控制即是通過控制對象的傳感器等檢測控制量（反饋量），將其與目標(biāo)值（設(shè)定值）進行比較，若有偏差，則通過此功能的動作使偏差為零。這種控制是使反饋量與目標(biāo)一致的一種通用的控制方法，適用于流量、溫度、壓力等過程控制。H20為PID模式，設(shè)定值為0，不動作；設(shè)定值為1，正動作。目標(biāo)值可由X1X9多功能輸入端子中的指定端子（該指定端設(shè)定為11）進行切換。該端子與CM端閉合，目標(biāo)值由鍵盤面板輸入；該端子與CM端斷開，目標(biāo)值由“F01頻率設(shè)定1”中的內(nèi)容給定。,PID高級功能說明（部分）,H21為反饋輸入信號端子及電氣規(guī)范，設(shè)定值為0、1、2、3，功能見表,變頻器控制視頻,節(jié)能原理與應(yīng)用舉例,第五部分,變頻器的節(jié)能原理,煉油系統(tǒng)中電機負(fù)載的種類很多，其中以液泵類居多，其輸出特性既決定于泵的種類，也隨管線系統(tǒng)的阻力特性曲線不同而異。右圖為離心泵調(diào)速運行時的H-Q曲線。其中P為泵使用工況點的軸功率（kW）；Q為使用工況點的液壓或流量（m3/s）；H為使用工況點的揚程（m）；為輸出介質(zhì)單位體積重量（kg/m3）；為使用工況點的泵效率（%）。,變頻器的節(jié)能原理,圖中，液泵運行工況點C是泵的特性曲線NN與管路阻力線R1的交點。用閥門控制時，如果要減少流量，則必須關(guān)小閥門，閥門的磨擦阻力增大，阻力曲線由R1移到R2，揚程從H0升到H1，流量從QN減小到Q1，工況點從C移到A。用變頻調(diào)速控制時，阻力曲線R1不變，泵的特性取決于轉(zhuǎn)速，當(dāng)速度從NN降為N1時，特性曲線從NN移到N1，工況從C移到B點，揚程從H0下降到H2，流量從QN減少到Q1。,A點功率為B點功率為兩點功率差為就是說，用閥門控制比用變頻控制，有P的功率被浪費，閥門越小，浪費越大。另外：對于使用制動的系統(tǒng)，用于制動的能量可以通過逆變的方式再生回收。,變頻器的節(jié)能原理,變頻器幾個關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定,加、減速設(shè)定:根據(jù)實際進行設(shè)定，以加速時不發(fā)生過流跳閘，減速時不發(fā)生過壓跳閘為原則，其計算公式受不同的轉(zhuǎn)矩負(fù)載不同而不同。對于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載的泵、風(fēng)機等，其加減速時間計算公式如左圖;式中tA、tD分別為給定加、減速時間（s），Nmax為最高轉(zhuǎn)速(rpm),TAA.min為最小加速轉(zhuǎn)矩（kg.m）,TAD.min為最小減速轉(zhuǎn)矩（kg.m）。加、減速方式推薦使用S型曲線，這樣機械沖擊小，起動平滑。,變頻器幾個關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定,電動機參數(shù)：按電機的實際參數(shù)設(shè)定，如容量、極數(shù)等，基本頻率亦應(yīng)設(shè)定為電機的額定頻率?；乇茴l率點選擇：泵在低于額定轉(zhuǎn)速的運行過程中，在某些頻點上容易發(fā)生共振現(xiàn)象，變頻器可以設(shè)定跳躍頻率跳過，避免共振。上、下限工作頻率設(shè)定：下限設(shè)定以能帶動負(fù)載為提，上限宜設(shè)為50HZ，因為當(dāng)變頻器輸出頻率超過50HZ時，會超過電機和泵的額定轉(zhuǎn)速，危及設(shè)備和人身安全。,變頻器應(yīng)用節(jié)能實測,為了解變頻器的實際節(jié)能效果，2005年11月29日，技術(shù)質(zhì)量部賴作通、企管科梁錫勁、機動部許國歡和電氣車間一起測量三催四臺機泵在變頻和工頻狀態(tài)下的用電情況。,變頻器應(yīng)用節(jié)能實測,我們一共統(tǒng)計120臺運行變頻器，運行頻率在40Hz45Hz變頻器有32臺，運行頻率在30Hz40Hz變頻器有47臺，運行頻率在30Hz以下變頻器有41臺。依據(jù)變頻器節(jié)能公式估算，也就是說在120臺變頻器當(dāng)中，節(jié)電率在22%40%的變頻器有32臺，節(jié)電率在40%70%變頻器有47臺，節(jié)電率在70%以上有41臺。因此使用變頻器的總體節(jié)能效果是十分明顯的。,變頻器控制液泵工藝控制示意圖,采用PWM變頻控制裝置的液泵其工藝控制示意圖如左圖所示。當(dāng)需要增加流量時，管網(wǎng)壓力低于設(shè)定參數(shù)值，變頻器輸出頻率增加，減少流量時則相反。流量穩(wěn)定時，檢測值與設(shè)定值一致，轉(zhuǎn)速不變。,壓力等傳感器,DCS,變頻器,M,420mA,變頻器電氣連接圖,在主回路連接中，R、S、T為電源接線端子，U、V、W為電機接線端子。P1，P（）外接DC電抗器以提高功率因數(shù)。P(+)、DB外接制動電阻。GK為工頻、變頻切換開關(guān)。考慮到接觸器KM極易受到雷害或系統(tǒng)短路造成系統(tǒng)“晃電”而跳閘，KM選擇為機械鎖扣接觸器，QS為隔離開關(guān)，QF為空氣開關(guān)。,工頻變頻切換,某些關(guān)鍵設(shè)備在投入運行后就不允許停機，否則會造成重大經(jīng)濟損失。這些設(shè)備如果由變頻器拖動，則變頻器一旦出現(xiàn)跳閘停機，應(yīng)馬上將電動機切換到工頻電源。另有一類負(fù)載，應(yīng)用變頻器拖動是為了節(jié)能，如果變頻器達(dá)到滿載輸出時就失去了節(jié)能的作用，這時也應(yīng)將變頻器切換到工頻運行。因此，工頻變頻切換電路是一種常用電路。,手動切換電路圖,手動切換電路分析-工頻運行,KM3為工頻運行接觸器，當(dāng)KM3主觸點閉合，電動機由工頻供電。SB1和SB2為總電源控制按紐，SA為變頻、工頻切換旋轉(zhuǎn)開關(guān)。當(dāng)將旋轉(zhuǎn)開關(guān)SA轉(zhuǎn)到KM3支路，按下總電源控制按紐SB2，KA1中間繼電器線圈得電吸合，其兩組動合觸點閉合，使KM1得電吸合，電動機由工頻供電。當(dāng)按下停止按紐SB1，KA1失電，KM3也失電，電動機停止。,手動切換電路分析-變頻運行,當(dāng)將旋轉(zhuǎn)開關(guān)SA轉(zhuǎn)到變頻控制支路，按下SB2，KM2得電，其動合觸點閉合，使KM1得電吸合，KM2吸合后KM1吸合，兩接觸器主觸點將變頻器與電源和電動機接通使其處于變頻運行的待機狀態(tài)。此時，串聯(lián)在KA2支路中的KM1的一組動合觸點閉合，為變頻器起動做準(zhǔn)備。當(dāng)按下變頻器工作按紐SB4，中間繼電器KA2線圈得電吸合，一組動合觸點將SB4短路自保，另一組動合觸點接通FWD與CM端子，電動機正向轉(zhuǎn)動。此時KA2還有一組動合觸點將總電源停止按紐SB1短路，使它失效，以防止用總電源開關(guān)停止變頻器。當(dāng)變頻器需要停止輸出時，SB3按紐，KA2線圈失電，KA2所有的動合觸點斷開，F(xiàn)WD與CM端子開路，變頻器停止輸出。如按下總電源停止按紐SB1、KA1釋放，KM2、KM3均釋放，變頻器斷電。,手動切換電路分析-故障保護及切換,當(dāng)變頻器工作時由于電源電壓不穩(wěn)、過載等異常情況發(fā)生時，變頻器的集中故障報警輸出接點30A、30C動作。30C動斷觸點由閉合轉(zhuǎn)為斷開，KM1、KM2線圈失電釋放，其主觸點斷開，將變頻器與電源及電動機切除；與此同時，30A動合觸點閉合，將通電延時繼電器KT、報警蜂鳴器、報警燈與電源接通，發(fā)出聲光報警。延時繼電器通過一定延時，其延時動合觸點將KM3線圈接通，KM3主觸點閉合，電動機切換到由工頻供電運行。當(dāng)操作人員發(fā)現(xiàn)報警后將SA開關(guān)旋轉(zhuǎn)到工頻運行位置，聲光報警停止，時間繼電器斷電。,變頻器管理注意事項,第六部分,變頻器應(yīng)用中需要注意的事項,變頻器的安裝設(shè)計基本要求：變頻器最好安裝在控制柜內(nèi)的中部;變頻器要垂直安裝，正上方和正下方要避免安裝可能阻擋排風(fēng)、進風(fēng)的大元件。采用獨立進風(fēng)口。單獨的進風(fēng)口可以設(shè)在控制柜的底部，通過獨立密閉地溝與外部干凈環(huán)境連接，此方法需要在進風(fēng)口處安裝一個防塵網(wǎng)，如果地溝超過5m以上時，可以考慮加裝鼓風(fēng)機。密閉控制柜內(nèi)可以加裝吸濕的干燥劑或者吸附毒性氣體的活性材料，并近期更換。,變頻器應(yīng)用中需要注意的事項,工作環(huán)境：使用環(huán)境對變頻器影響很大，其中溫度、濕度、污染度在很大程度上影響變頻器工作的可靠性和壽命，特別是溫度更是應(yīng)在40以下。因此應(yīng)對使用環(huán)境進行降溫、除濕、封閉。在日常檢查中要特別檢查電解電容器的變化情況以及對變頻器進行清掃、檢查。,變頻器應(yīng)用中需要注意的事項,干擾問題：諧波干擾。由于變頻器的輸入部份為整流裝置,工作時因其非線性特性而產(chǎn)生高次諧波,這些高次諧波將使輸入電源的電壓和電流發(fā)生畸變,危害電氣設(shè)備運行。其中以對電容器的影響最大。由于電容的阻抗與頻率成反比,所以不大的高次諧波分量將產(chǎn)生較大的諧波電流或引起并聯(lián)諧振。高次諧波還產(chǎn)生討厭的噪聲,可在變頻器電源側(cè)加裝交流電抗器加以抑制,在輸出端加裝交流電抗器改善輸出電流波形,減少電機噪聲,在電容器上串接6%的電抗,減少高次諧波的影響。,變頻器應(yīng)用中需要注意的事項,電機的漏電、軸電壓與軸承電流問題：高頻PWM脈沖輸入下，電機內(nèi)分布電容的電壓耦合作用構(gòu)成系統(tǒng)共?；芈?，從而引起對地漏電流、軸電壓與軸承電流問題，可能會造成軸承光潔度下降，降低使用壽命，嚴(yán)重地造成直接損壞。,變頻器應(yīng)用中需要注意的事項,由PWM變頻器驅(qū)動電機時,流過電機的電流比工頻供電時約大5%,當(dāng)電機低帶運轉(zhuǎn)時,冷卻風(fēng)扇能力下降,電機溫升增高,應(yīng)降低負(fù)載轉(zhuǎn)矩和限定運行時間。選用變頻器時變頻器的容量要高出電機最大轉(zhuǎn)矩1-2個檔次,變頻器特性要與負(fù)載特性一致.風(fēng)機、水泵轉(zhuǎn)速不宜低于額定轉(zhuǎn)速的40，否則，應(yīng)用效果不理想，還可能損壞機泵。不能將電源接至逆變器的輸出端子U、V、W，否則將損壞變頻器；逆變器要良好接地，否則不能可靠運行甚至損壞變頻器；不能在變頻器端子之間或?qū)刂齐娐范俗又g用兆歐表進行測量，否則會損壞變頻器。,變頻器應(yīng)用的幾個建議,選用變頻器，要先作可行性調(diào)研，分清應(yīng)用目的是以控制為主還是以節(jié)能為主；變頻器技術(shù)發(fā)展非常迅速，設(shè)計壽命510年，技術(shù)換代平均25年，因此需要資金保障，用于維修和更新；變頻器的優(yōu)點眾多，但也有其不足之處。由于變頻器是高新技術(shù)的自動電氣設(shè)備，自身的保護功能非常完善，對電網(wǎng)的要求也較高，如果電網(wǎng)晃電、打雷或周圍有電磁干擾等，容易造成跳閘，這就要求生產(chǎn)車間對選用工頻或變頻要做風(fēng)險評估，做好反事故預(yù)案。建議非常重要的機泵在雷雨期間最好短時間退出變頻運行，改開工頻；變頻器大量使用會對電網(wǎng)造成污染（電流中含高次諧波較多），影響電力系統(tǒng)的供電可靠性，所以要做到選擇性使用，同時要對電網(wǎng)諧波污染進行治理；變頻器的管理涉及到電氣、儀表、生產(chǎn)車間及上級主管部門，大家應(yīng)相互支持、相互配合，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)管理制度。,附錄：變頻器使用問與答一,交流異步電動機是按額定電壓、額定頻率、額定電流進行設(shè)計的，在任何頻率下運行時也不能過流，否則將引起磁飽和，怎么辦？采取U/f=常數(shù)的控制方式，當(dāng)頻率上升時，電壓上升；當(dāng)頻率下降時，電壓也下降，保持電動機電流不變，即電動機的磁通不變，電動機恒轉(zhuǎn)矩運行電動機