變頻器應(yīng)用技能教案(共11頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上變頻器應(yīng)用的基本知識(shí)教學(xué)重點(diǎn)：1、變頻器的功能及作用 2、變頻器的分類 3、變頻器的三種控制方式教學(xué)難點(diǎn)：1、變頻器的分類 2、變頻器的三種控制方式教學(xué)目的：1、掌握變頻器的功能及作用。 2、掌握變頻器的調(diào)速原理。 3、掌握變頻器的速度控制方式。教學(xué)方法：教師講授、學(xué)生練習(xí)教學(xué)學(xué)時(shí) 4-6學(xué)時(shí)教學(xué)過(guò)程現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用變頻器的主要目的：一是電機(jī)控制采用變頻技術(shù)后可以節(jié)約電能，通過(guò)節(jié)能可以減少二氧化碳排放量，從而達(dá)到環(huán)保的目的；二是電機(jī)控制采用變頻技術(shù)后，電機(jī)的速度控制變得更加靈活方便，從而使工業(yè)自動(dòng)化對(duì)速度控制變得更加容易。第一節(jié)交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式及變頻器調(diào)速的慨念

2、N=60f1/p(1-S)=n1(1-S)由交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式可看出，影響轉(zhuǎn)速的因素有電源頻率f1，電機(jī)極對(duì)數(shù)p和轉(zhuǎn)差率S。因此，三相異步電動(dòng)機(jī)就有了調(diào)壓調(diào)速（體現(xiàn)在調(diào)轉(zhuǎn)差率S），變極調(diào)速和變頻調(diào)速三種方式。對(duì)于變極調(diào)速，在拖動(dòng)電路中的雙速電機(jī)控制線路中已學(xué)習(xí)過(guò)了，這種方式只能進(jìn)行成倍數(shù)的調(diào)速，如電動(dòng)機(jī)由四極變?yōu)閮蓸O，轉(zhuǎn)速由約1440轉(zhuǎn)/分改變?yōu)榧s2850轉(zhuǎn)/分。能進(jìn)行連續(xù)調(diào)速的方式就只有調(diào)壓調(diào)速、滑差調(diào)速和變頻調(diào)速這三種，這三種調(diào)速方式是目前普遍采用的方式。調(diào)壓調(diào)速，電磁滑差調(diào)速和變頻速方式及比較見(jiàn)圖2-1-1. 電動(dòng)機(jī)控制方式原理圖轉(zhuǎn)矩特性優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)交流電機(jī)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)定子電壓控制1

3、、 回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。2、 可以動(dòng)力制動(dòng)，控制性能良好1、功率因數(shù)，效率隨著速度的降低而降低2、控制電機(jī)最大容量為30KW(空冷)。電磁滑差離合器1、回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。2、電機(jī)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固1、效率隨著速度的降低而降低2、不能制動(dòng)。3、離合器部分體積大變頻器頻率控制1、速度控制范圍廣，效率高。2可4象限運(yùn)轉(zhuǎn)，可進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制回路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。圖2-1-1交流異步電動(dòng)機(jī)三種調(diào)速方式比較由比較可見(jiàn)，變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣，效率高，還可以進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制等優(yōu)點(diǎn)，因此，變頻調(diào)速是三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速最好的一種方式。實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置是變頻調(diào)速器（簡(jiǎn)稱變頻器），它是通過(guò)將交流電的固定頻率改變成可變頻率來(lái)達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的

4、。變頻器就是接在交流電源和電動(dòng)機(jī)之間的能的電器裝置。第二節(jié) 變頻調(diào)速器的分類變頻調(diào)速器按變換環(huán)節(jié)分，可分為交交變頻器和交直交變頻器。一 、交交變頻器交交變頻器是把頻率固定的交流電源直接變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電源。其主要優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有中間環(huán)節(jié)，故變換效率高。但其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍窄，一般為額定頻率的1/2以下（0<fn/2），所以它主要用于容量較大的低速拖動(dòng)系統(tǒng)中，應(yīng)用很少。目前應(yīng)用最多的是交直交變頻器。所以，如無(wú)特殊說(shuō)明，一般講變頻器都是指交直交變頻器。二、交直交變頻器交直交變頻器的結(jié)構(gòu)組成如圖11所示，主要由整流器UR、逆變器UI和直流器中間環(huán)節(jié)和控制器四個(gè)基本部分組成。整流器UI先把電

5、壓頻率固定的交流電（CVCF）整流器成直流電，直流中間環(huán)節(jié)進(jìn)行濾波處理，逆變器UI再把直流電逆變成頻率和電壓連續(xù)可調(diào)的交流電（vvvF），由于把直流電逆變成交流電環(huán)節(jié)較易控制，因此，在頻率的調(diào)節(jié)范圍、以及改善變頻后電動(dòng)機(jī)的特性等方面。都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。所以，現(xiàn)代工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。三、 交直交變頻器各主要部分的功能說(shuō)明：1、整流器UR主要由6只二級(jí)管構(gòu)成橋式整流電路。功能是將電源的三相交流電（CVCF）整流成為直流電。2、中間直流環(huán)節(jié)又稱為直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，主要由電抗器和電容器組成，功能是進(jìn)行濾波和接受感性負(fù)載的無(wú)功率的回饋和交換。3、逆變器UI逆變器是變頻器的核心板部分，主要是由6只半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器

6、件（一般都為IGBT管）組成，功能就是將直流電逆變成為交流電，在逆變過(guò)程中進(jìn)行頻率和電壓的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)。4、控制器主要由微處理器和相應(yīng)的軟件構(gòu)成，功能是接受指令、進(jìn)行運(yùn)算，對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)器進(jìn)行控制、對(duì)整流電壓進(jìn)行控制、完成各種保護(hù)功能和顯示變頻器各種運(yùn)行數(shù)據(jù)。第三節(jié) 交直交變頻器的主電路構(gòu)成交直交變頻器的主電路如圖12，電路說(shuō)明如下：一 、交直部分1 、整流管的功能；D1組成三相整流橋，將電源的三相交流電整流為直流電。如電源的線電壓為L(zhǎng)，則三相全波整流后平均直流電壓d的大小是Ud =1.35我國(guó)三相電源的線電壓為，故全波整流后的平均直流電壓d.380V=513V2、波電容器的功能；（）濾平全波整流

7、后的電壓紋波；（2）當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，使直流電壓保持平穩(wěn)。3、限流電阻與的功能；當(dāng)變頻器剛合上電源的瞬間，濾波電容器電電流是很大的。過(guò)大的沖擊電流將可能使三相整流橋的二級(jí)管損壞。為了保護(hù)整流橋，在變頻器剛接通電源后的一段時(shí)間里，電路內(nèi)串人限流電阻RL，其作用是將電容器CF的充電電流限制在允許范圍以內(nèi)。開(kāi)關(guān)SL的功能是；當(dāng)CF的充電到一定程度時(shí)，令SL接通，將RL短路掉。許多新系列的變頻器里，SL已由晶閘管代替，如圖中虛線所示。4、電源指示LED的功能；LED除了表示電源是否接通以為，還有一個(gè)十分重要的功能，即在變頻器切斷電源后，表示濾波電容器CF上電荷是否已經(jīng)釋放完畢。由于CF 的容量較大，而切斷

8、電源又必須在逆變器電路停止工作的狀態(tài)下進(jìn)行，因此如CF放電時(shí)間往往過(guò)長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘。又由于CF上得電壓較高，如不放完，對(duì)人身安全將構(gòu)成威脅。故在維修變頻器時(shí)，必須等LED完全熄滅后才能接觸變頻器內(nèi)部的導(dǎo)電部分。二、直交部分1、逆變器TR1TR6的功能；TR1TR6組成逆變橋，把D1-D6整流所得的直流電，在“逆變”成頻率可調(diào)的交流電。這是變頻器實(shí)現(xiàn)變頻的具體執(zhí)行環(huán)節(jié)，因而是變頻器的核心部分。當(dāng)前常用的逆變管絕大多數(shù)都采用絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。2、續(xù)流二級(jí)管VD1VD6的功能；（1）電動(dòng)機(jī)的繞組是電感性的，其電流具有無(wú)功分量。VD1VD6為無(wú)功電流返回直流電源時(shí)提供“通道”。（2）當(dāng)頻率下降

9、、電動(dòng)機(jī)處于再生制狀態(tài)時(shí)，再生電流將通過(guò)VD1VD6返回給直流電路。（3）TR1TR6進(jìn)行逆變的基本工作過(guò)程是，同一橋臂的兩個(gè)逆變管，處于不停地交替導(dǎo)通和截止的狀態(tài)。在這交替導(dǎo)通和截止的換相過(guò)程中，也不時(shí)地需要VD1VD6提供通路。由于變頻器載波頻率很高，所以續(xù)流二極管VD7VD12必須是高速二極管，而不能采用普通二極管。三、直流制動(dòng)單元制動(dòng)電阻RB的功能；電動(dòng)機(jī)在工作頻率下降過(guò)程中，將處于再生制動(dòng)狀態(tài)，拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能要反饋到直流電路中，使直流電壓Ud保持在允許范圍內(nèi)，制動(dòng)電阻RB就是用來(lái)消耗這部分能量的。由大功率晶體管GB及其驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，其功能是為放電電流IBl流經(jīng)RB提供通路。第四節(jié) 變

10、頻器的逆變?cè)蘒GBTIGBT的基本結(jié)構(gòu)如圖13，其等效電路和圖形符號(hào)見(jiàn)圖14。它有3個(gè)電極分別是漏極D（相當(dāng)于晶體管的電極C）、源極S（相當(dāng)于晶體管的發(fā)射極E）和柵極G（相當(dāng)于晶體管B）。IGBT的工作特點(diǎn)是，控制部分與場(chǎng)效應(yīng)晶體管相同，控制信號(hào)為電壓信號(hào)UGE，輸入阻抗很高，柵極電流IG0，故驅(qū)動(dòng)功率很小，因此IGBT又稱為電壓控制器件（大功率晶體管GTR是電流控制器件），由于IGBT是MOSFET和GTR相結(jié)合的復(fù)合管，所以其主電路部分則與GTR相同。迄今，IGBT的擊穿電壓已做到1200V，集電極最大飽和電流已超過(guò)1500A，由IGBT作為逆變器件的變頻器容量已達(dá)250KVA以上。此外

11、，IGBT其工作頻率高，可達(dá)20KHZ。由IGBT作為逆變器件的變頻器的載波頻率一般都在10KHZ以上，故電動(dòng)機(jī)的電流波形比較平滑，基本無(wú)電磁噪聲。目前，在新系列的中小容量變頻器中，IGBT已處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的地位。第五節(jié) 變頻器的三種控制方式一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)速時(shí)，其帶負(fù)荷能力將下降，這無(wú)疑給變頻調(diào)速帶來(lái)了暇點(diǎn)，影響其普及與推廣。所以，如何改善變頻后的機(jī)械特性，就成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。一般的電開(kāi)環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)雖然比較簡(jiǎn)單，但不能保證必要的調(diào)速精度，而且在動(dòng)態(tài)過(guò)程中由于不能保持所需的轉(zhuǎn)矩，動(dòng)態(tài)性能也很差。因此，這種系統(tǒng)中只能用于對(duì)調(diào)速精度和動(dòng)態(tài)性能要求不高的場(chǎng)合。我們知道，直流雙閉

12、環(huán)調(diào)速系統(tǒng)由良好的性能指標(biāo)，它在靜態(tài)上可以達(dá)到無(wú)差調(diào)節(jié)，在動(dòng)態(tài)過(guò)程中又可維持電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩接近最大值，從而具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能。這是因?yàn)樵谥绷魉る妱?dòng)機(jī)中，只要調(diào)節(jié)電樞電流就可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，而在異步電動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)矩的控制卻是一個(gè)困難而復(fù)雜的問(wèn)題，從下面的分析可知，鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與氣隙磁通、轉(zhuǎn)子電流以及轉(zhuǎn)子電路的功率因素有關(guān)。這些量都不是獨(dú)立的變量，它們都是轉(zhuǎn)差率的函數(shù)，而且又難以直接測(cè)量和控制。異步電動(dòng)的轉(zhuǎn)矩之所以難以控制，其根本原因也就在于此。如果不解決異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制問(wèn)題，即使作成速度閉環(huán)系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)性能仍得不到改善。一 V/F控制的基本概念V/F控制是最早提出的一種比較簡(jiǎn)便的

13、方法。它是針對(duì)Ku=Kf 下降時(shí)，Ux在Ux中所占比例增大，造成M和Tkx下降的情況，采取適當(dāng)提高調(diào)壓比而使Ku.>Kf的方法，來(lái)抵償比值Ux在Ux的增大，最終使電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩得到補(bǔ)償。這種方法稱為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，因?yàn)槭峭ㄟ^(guò)提高V/F比（即Ku>kf）而得到的，故又稱V/F控制或電壓補(bǔ)償。二 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本慨念轉(zhuǎn)差頻率控制是一種解決異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩控制問(wèn)題的方法之一，采用這種控制方案的調(diào)速系統(tǒng)，可以獲得與直流恒磁通調(diào)速系統(tǒng)相類似性能。由異步電動(dòng)機(jī)電的轉(zhuǎn)矩關(guān)系式M*可看出，如果維持氣隙磁通不變，則異步電動(dòng)機(jī)電的轉(zhuǎn)矩近似和轉(zhuǎn)差角頻率（或轉(zhuǎn)差頻率f2）成正比。因此只有 在恒磁通的條件下

14、，控制（或f2），也就達(dá)到了控制轉(zhuǎn)矩的目的。這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想。三、失量控制的基本念對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，當(dāng)勵(lì)磁電流Ia不變時(shí)，即其磁通不變，電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，也就是說(shuō)控制Ia就可以控制電磁轉(zhuǎn)矩T。因此在直流電動(dòng)機(jī)中獲得良好的動(dòng)態(tài)特性是很容易實(shí)現(xiàn)的。直流電動(dòng)機(jī)的磁通和電樞電流Ia可以獨(dú)立進(jìn)行控制，是一種典型的解藕控制，異步電動(dòng)機(jī)的失量控制就是仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方式，把定子電流的磁場(chǎng)分量和轉(zhuǎn)矩分量解藕開(kāi)來(lái)，分別加以控制，這種解藕實(shí)際上是把異步電動(dòng)機(jī)的物理模型設(shè)法等效地變換成類似于直流電動(dòng)機(jī)的模式，對(duì)磁場(chǎng)分量和轉(zhuǎn)矩分量分別進(jìn)行控制，使交流電動(dòng)機(jī)得到與直流電動(dòng)機(jī)一樣優(yōu)良的動(dòng)態(tài)調(diào)速性能。四、V/F控制、轉(zhuǎn)差頻率控制和失量控制的異同1、V/F控制、轉(zhuǎn)差頻率控制和失量控制的相同之處是它們最終控制電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，即他們的控制目的是相同的。2、V/F控制、轉(zhuǎn)差頻率控制和失量控制的不同之處是它們完成控制的手段和方法不同。 V/F控制是直接控制Ku和Kf的比率，來(lái)達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩的目的。轉(zhuǎn)差頻率控制是基本保持電機(jī)氣隙磁通的恒定，直接控制轉(zhuǎn)差頻率來(lái)達(dá)到控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩的目的。失量控制則是將電機(jī)電流的磁場(chǎng)分量和轉(zhuǎn)矩分量進(jìn)行失量分解，再分別加以控制來(lái)達(dá)到控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩的目的。思考