變頻調(diào)速基本原理及控制原理

1、變頻調(diào)速基本原理及控制原理1.基本原理：目前使用較多的是“交直交”變頻，原理如圖1所示，將50Hz交流整流為直流電Ud，再由三相逆變器將直流逆變?yōu)轭l率可調(diào)的三相交流供給鼠籠電機實現(xiàn)變頻調(diào)速。 2.控制原理：變頻調(diào)速裝置主電路(見圖2)由空氣開關(guān)QF1，交流接觸器KM1和變頻器VF組成，由安裝在配電柜面板上的轉(zhuǎn)換開關(guān)SA，復(fù)位開關(guān)SB；或安裝在現(xiàn)場防爆操作柱上啟動按鈕SB和停止按鈕SB2控制VF的運行： (1)啟動VF時必須先合上QF1和QF2，使SA置于啟動位置，KM1便帶動電觸點閉合，來電顯示燈HL2亮；此時按下SB，也可以按下現(xiàn)場SB1使KA1帶電觸點閉合，VF投入運行同時運行指示燈HL3

2、亮。 (2)需要停止VF時，按下SB2使KA1失電，VF停止運行，此時HL3滅；置SA于停止位置，KM1斷開同時HL1亮表示停機。 (3)如果在運行過程中VF有故障FLA、FLC端口將短接，KA2帶電，KM帶電其觸點斷開，同時故障指示燈HL3亮并報警。 由于工藝條件復(fù)雜，實際運行過程中有多方面不確定因素，為安全其見，每臺變頻器均加有一旁路接觸器 KM2；如果KM1或VF發(fā)生故障時保證電機仍能變頻運行。變頻調(diào)速實行閉環(huán)負(fù)反饋自動控制即由儀表裝置供給變頻器1V和CC端口420MA電信號，靠信號大小改變來控制VF頻率高低變化達到調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速和輸出功率的目的，使泵流量和實際工藝需求最佳匹配，實現(xiàn)儀表

3、電氣聯(lián)合自動控制體系。 二、實際運用分析 1.變頻調(diào)速實行工藝過程控制，由于生產(chǎn)流程和工藝條件的復(fù)雜性；不通過實踐有些問題不被人們認(rèn)識，只有通過實踐才能找出解決這此問題方法和途徑。 在閉環(huán)控制回路中，變頻器作用類似風(fēng)開式調(diào)節(jié)閥，對于實用風(fēng)關(guān)式調(diào)節(jié)閥控制回路需在變頻器上設(shè)定最低下降頻率，當(dāng)儀表裝置故障時變頻器輸出最低頻率，保證電機運轉(zhuǎn)，維持工藝流程最低安全量，不至于生產(chǎn)中斷。變頻器下限頻率設(shè)定必須通過實際測試，不能隨意變動。就拿 P6101A脫丙烷塔進料泵來說，當(dāng)時調(diào)試時當(dāng)儀表信號4AM時，變頻器輸出頻率10Hz，此時根本達不到工藝需要流量，通過儀表、電氣專業(yè)人員多測試設(shè)定4MA信號輸出23Hz

4、能達到最低安全量，故23Hz便沒定為法定下限參數(shù)，這樣既可保證工藝安全運行又有27Hz的頻率調(diào)節(jié)范圍。完全達到變頻調(diào)節(jié)目的。 2.機泵有多條支路情況是變頻調(diào)速閉環(huán)控制難點。這里考慮因素很多，情況也千差萬別，選定控制方案要進行縝密分析和細致比較，否則會造成項目失敗。一般情況下多條支路流量壓力差別較大時，選擇流量大或壓力高的支路作為調(diào)節(jié)參數(shù)，控制變頻器，其它支路采用調(diào)節(jié)閥，當(dāng)量上的支路控制參數(shù)發(fā)生變化或擾動所需調(diào)節(jié)量很小，不致于對量的支路造成影響，而量大的支路，控制參數(shù)變化所需的調(diào)節(jié)量，能滿足小支路的調(diào)節(jié)，最終達到平衡。 3.所有變頻器均安裝在配電柜機，安全起見，均加有旁路接觸器KM2，當(dāng)變頻調(diào)速

5、裝置出現(xiàn)故障時，電機可以自動切換到旁路正常運行，這一點是很重要的，因為變頻器的許多操作情況我們不很熟悉一旦出故障便失去調(diào)節(jié)手段。在二聯(lián)合剛投產(chǎn)時就出現(xiàn)過這種情況，丙烯精餾塔回流泵P6107A回路變頻器試運行時有點問題，一時找不出原因，為不耽誤工期，只有先打到旁路試運行。此外，調(diào)節(jié)閥也不能隨意取消，裝置開工或新裝置投產(chǎn)時調(diào)節(jié)閥的作用是變頻器取代不了的。二. 變頻器基本參數(shù)的調(diào)試變頻器功能參數(shù)很多，一般都有數(shù)十甚至上百個參數(shù)供用戶選擇。實際應(yīng)用中，沒必要對每一參數(shù)都進行設(shè)置和調(diào)試，多數(shù)只要采用出廠設(shè)定值即可。一 加減速時間加速時間就是輸出頻率從0上升到最大頻率所需時間，減速時間是指從最大頻率下降到

6、0所需時間。通常用頻率設(shè)定信號上升、下降來確定加減速時間。在電動機加速時須限制頻率設(shè)定的上升率以防止過電流，減速時則限制下降率以防止過電壓。加速時間設(shè)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(shè)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(jù)負(fù)載計算出來，但在調(diào)試中常采取按負(fù)載和經(jīng)驗先設(shè)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；然后將加減速設(shè)定時間逐漸縮短，以運轉(zhuǎn)中不發(fā)生報警為原則，重復(fù)操作幾次，便可確定出最佳加減速時間。二 轉(zhuǎn)矩提升又叫轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩降低，而

7、把低頻率范圍f/V增大的方法。設(shè)定為自動時，可使加速時的電壓自動提升以補償起動轉(zhuǎn)矩，使電動機加速順利進行。如采用手動補償時，根據(jù)負(fù)載特性，尤其是負(fù)載的起動特性，通過試驗可選出較佳曲線。對于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如選擇不當(dāng)會出現(xiàn)低速時的輸出電壓過高，而浪費電能的現(xiàn)象，甚至還會出現(xiàn)電動機帶負(fù)載起動時電流大，而轉(zhuǎn)速上不去的現(xiàn)象。三 電子熱過載保護本功能為保護電動機過熱而設(shè)置，它是變頻器內(nèi)CPU根據(jù)運轉(zhuǎn)電流值和頻率計算出電動機的溫升，從而進行過熱保護。本功能只適用于“一拖一”場合，而在“一拖多”時，則應(yīng)在各臺電動機上加裝熱繼電器。電子熱保護設(shè)定值(%)=電動機額定電流(A)/變頻器額定輸出電流(A)×

8、100%。四 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(shè)定信號源出故障，而引起輸出頻率的過高或過低，以防損壞設(shè)備的一種保護功能。在應(yīng)用中按實際情況設(shè)定即可。此功能還可作限速使用，如有的皮帶輸送機，由于輸送物料不太多，為減少機械和皮帶的磨損，可采用變頻器驅(qū)動，并將變頻器上限頻率設(shè)定為某一頻率值，這樣就可使皮帶輸送機運行在一個固定、較低的工作速度上。五 偏置頻率有的又叫偏差頻率或頻率偏差設(shè)定。其用途是當(dāng)頻率由外部模擬信號(電壓或電流)進行設(shè)定時，可用此功能調(diào)整頻率設(shè)定信號最低時輸出頻率的高低，如圖1。有的變頻器當(dāng)頻率設(shè)定信號為0%時，偏差值可作用在0fmax范圍內(nèi)，

9、有的變頻器(如明電舍、三墾)還可對偏置極性進行設(shè)定。如在調(diào)試中當(dāng)頻率設(shè)定信號為0%時，變頻器輸出頻率不為0Hz，而為xHz，則此時將偏置頻率設(shè)定為負(fù)的xHz即可使變頻器輸出頻率為0Hz。 六 頻率設(shè)定信號增益此功能僅在用外部模擬信號設(shè)定頻率時才有效。它是用來彌補外部設(shè)定信號電壓與變頻器內(nèi)電壓(+10v)的不一致問題；同時方便模擬設(shè)定信號電壓的選擇，設(shè)定時，當(dāng)模擬輸入信號為最大時(如10v、5v或20mA)，求出可輸出f/V圖形的頻率百分?jǐn)?shù)并以此為參數(shù)進行設(shè)定即可；如外部設(shè)定信號為05v時，若變頻器輸出頻率為050Hz，則將增益信號設(shè)定為200%即可。七 轉(zhuǎn)矩限制可分為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩限制和制動轉(zhuǎn)矩限制

10、兩種。它是根據(jù)變頻器輸出電壓和電流值，經(jīng)CPU進行轉(zhuǎn)矩計算，其可對加減速和恒速運行時的沖擊負(fù)載恢復(fù)特性有顯著改善。轉(zhuǎn)矩限制功能可實現(xiàn)自動加速和減速控制。假設(shè)加減速時間小于負(fù)載慣量時間時，也能保證電動機按照轉(zhuǎn)矩設(shè)定值自動加速和減速。驅(qū)動轉(zhuǎn)矩功能提供了強大的起動轉(zhuǎn)矩，在穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)矩功能將控制電動機轉(zhuǎn)差，而將電動機轉(zhuǎn)矩限制在最大設(shè)定值內(nèi)，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大時，甚至在加速時間設(shè)定過短時，也不會引起變頻器跳閘。在加速時間設(shè)定過短時，電動機轉(zhuǎn)矩也不會超過最大設(shè)定值。驅(qū)動轉(zhuǎn)矩大對起動有利，以設(shè)置為80100%較妥。制動轉(zhuǎn)矩設(shè)定數(shù)值越小，其制動力越大，適合急加減速的場合，如制動轉(zhuǎn)矩設(shè)定數(shù)值設(shè)置過大會出現(xiàn)過

11、壓報警現(xiàn)象。如制動轉(zhuǎn)矩設(shè)定為0%，可使加到主電容器的再生總量接近于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(zhuǎn)而不會跳閘。但在有的負(fù)載上，如制動轉(zhuǎn)矩設(shè)定為0%時，減速時會出現(xiàn)短暫空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，造成變頻器反復(fù)起動，電流大幅度波動，嚴(yán)重時會使變頻器跳閘，應(yīng)引起注意。八 加減速模式選擇又叫加減速曲線選擇。一般變頻器有線性、非線性和S三種曲線，通常大多選擇線性曲線；非線性曲線適用于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如風(fēng)機等；S曲線適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其加減速變化較為緩慢。設(shè)定時可根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，選擇相應(yīng)曲線，但也有例外，筆者在調(diào)試一臺鍋爐引風(fēng)機的變頻器時，先將加減速曲線選擇非線性曲線，一起動運轉(zhuǎn)變頻器就跳閘，調(diào)整改變

12、許多參數(shù)無效果，后改為S曲線后就正常了。究其原因是：起動前引風(fēng)機由于煙道煙氣流動而自行轉(zhuǎn)動，且反轉(zhuǎn)而成為負(fù)向負(fù)載，這樣選取了S曲線，使剛起動時的頻率上升速度較慢，從而避免了變頻器跳閘的發(fā)生，當(dāng)然這是針對沒有起動直流制動功能的變頻器所采用的方法。九 轉(zhuǎn)矩矢量控制矢量控制是基于理論上認(rèn)為：異步電動機與直流電動機具有相同的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機理。矢量控制方式就是將定子電流分解成規(guī)定的磁場電流和轉(zhuǎn)矩電流，分別進行控制，同時將兩者合成后的定子電流輸出給電動機。因此，從原理上可得到與直流電動機相同的控制性能。采用轉(zhuǎn)矩矢量控制功能，電動機在各種運行條件下都能輸出最大轉(zhuǎn)矩，尤其是電動機在低速運行區(qū)域。現(xiàn)在的變頻器幾乎都

13、采用無反饋矢量控制，由于變頻器能根據(jù)負(fù)載電流大小和相位進行轉(zhuǎn)差補償，使電動機具有很硬的力學(xué)特性，對于多數(shù)場合已能滿足要求，不需在變頻器的外部設(shè)置速度反饋電路。這一功能的設(shè)定，可根據(jù)實際情況在有效和無效中選擇一項即可。與之有關(guān)的功能是轉(zhuǎn)差補償控制，其作用是為補償由負(fù)載波動而引起的速度偏差，可加上對應(yīng)于負(fù)載電流的轉(zhuǎn)差頻率。這一功能主要用于定位控制。十 節(jié)能控制風(fēng)機、水泵都屬于減轉(zhuǎn)矩負(fù)載，即隨著轉(zhuǎn)速的下降，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成比例減小，而具有節(jié)能控制功能的變頻器設(shè)計有專用V/f模式，這種模式可改善電動機和變頻器的效率，其可根據(jù)負(fù)載電流自動降低變頻器輸出電壓，從而達到節(jié)能目的，可根據(jù)具體情況設(shè)置為有

14、效或無效。要說明的是，九、十這兩個參數(shù)是很先進的，但有一些用戶在設(shè)備改造中，根本無法啟用這兩個參數(shù)，即啟用后變頻器跳閘頻繁，停用后一切正常。究其原因有：(1)原用電動機參數(shù)與變頻器要求配用的電動機參數(shù)相差太大。(2)對設(shè)定參數(shù)功能了解不夠，如節(jié)能控制功能只能用于V/f控制方式中，不能用于矢量控制方式中。(3)啟用了矢量控制方式，但沒有進行電動機參數(shù)的手動設(shè)定和自動讀取工作，或讀取方法不當(dāng)。這是我前段時間的貼子<<西門子ECO變頻器維修心得>> 故障現(xiàn)象 R 、 S 、 T 三相輸入短路，無顯示。 故障分析與維修 拆開機器就發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的短路現(xiàn)象，整流模塊和 IGBT 模塊爆

15、裂，短路造成的黑色積炭噴得到處都是，主回路兩個繼電器也爆開，主控板暫時沒有發(fā)現(xiàn)問題，但驅(qū)動部分燒了好幾處，另外儲能大電容一部分都已發(fā)漲，電容板上的兩顆大螺絲接觸處全部燒焦，這就是西門子ECO變頻器的通病，因為所有電量都是要經(jīng)過這兩顆鐵螺絲，一旦鐵螺絲生銹，很容易引起電容的充放電不良，這樣電容發(fā)熱，漏電，發(fā)漲到最后損壞重要器件就不在話了，為了防止再次接觸不良打火，在上螺絲同時最好焊上幾股粗銅線，維修觸發(fā)板時不知道參數(shù)的，可以從控制板上完好的器件與損壞相同的對比，修復(fù)該板的電壓分別為 -4.7 伏， -4.44 伏，更換損壞器件后，可以加電試驗，試驗步驟按主回路到控制空載，負(fù)載分別運行檢查。 加電

16、試驗前為保證器件安全，防止再次損壞重要器件，大容量暫時不要裝止，用兩只小容量電容代替，為了保護 IGBT ，電容到 IGBT 的供電回路最好是串聯(lián)白熾燈泡（也就是接個假負(fù)載），通電后如果顯示正常，可以啟動變頻器，再測量 6 個觸發(fā)脈沖，如果信號正常，可以去掉電容與 IGBT 之間的燈泡，裝上大電容進行空載運行，正常后再接負(fù)載運行，經(jīng)調(diào)試機器后一般恢復(fù)正常12:02 | 添加評論 | 閱讀評論 (1) | 發(fā)送消息 | 引用通告 (0) | 寫入博客 | 圖書評論 自控天空 變頻調(diào)速的基本原理(一) 1電機調(diào)速的類型 

17、;    通常，家用電器用得最多的是單相異步電動機，靠電容或電阻來分相。電機在工作時常處于短時重復(fù)狀態(tài)（ 開停），如空調(diào)、冰箱等。這樣勢必帶來起動頻繁、噪聲大、電機壽命短、溫度穩(wěn)定性差以及能耗高等一系 列弊端。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用不但給這些家電產(chǎn)品帶來功能的增加、性能的改善，而且具有明顯的節(jié)能效果和 降噪效果，同時使整機壽命較傳統(tǒng)家電有明顯提高。    異步電機調(diào)速有許多方法，如變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速和變頻調(diào)速等。前兩種轉(zhuǎn)差損耗大，效率低，對電 機特性來說都有一定的局限性。變頻調(diào)速是通過改變定子電源的頻率來改變同步頻率實現(xiàn)電機

18、調(diào)速的。在調(diào)速 的整個過程中，從高速到低速可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而具有高效、調(diào)速范圍寬（10100）和精度高等 性能，節(jié)電效果可達到2030。     變頻調(diào)速有兩種方法：一是交直交變頻，適用于高速小容量電機；二是交交變頻。適用于低速大容量 拖動系統(tǒng)。     變頻空調(diào)器按照其室內(nèi)風(fēng)扇電機、室外風(fēng)機及壓縮機的類型，可分為3A和3D變頻空調(diào)器。對于室內(nèi)、室外風(fēng) 機和變頻壓縮機均為交流（AC）形式的變頻空調(diào)器，一般稱之為3A變頻空調(diào)器；而對于室內(nèi)、室外風(fēng)機和變頻 壓縮機均為三相直流無刷電機（DCBLM）形式的變頻空調(diào)

19、器，一般稱之為3D變頻空調(diào)器。后者價位遠高于前者， 僅物料成本就高于同功率的3A變頻空調(diào)器近300元，而且開發(fā)難度較大，空調(diào)系統(tǒng)和控制器的配合復(fù)雜度較高。 2變頻調(diào)速的原理異步電機的轉(zhuǎn)速n可以表示為     公式中，n2為同步轉(zhuǎn)速，n1為轉(zhuǎn)差損失的轉(zhuǎn)速，p為磁極對數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率，f為電源的頻率?？梢?，改變 電源頻率就可以改變同步轉(zhuǎn)速和電機轉(zhuǎn)速。 頻率的下降會導(dǎo)致磁通的增加，造成磁路飽和，勵磁電流增加， 功率因數(shù)下降，鐵心和線圈過熱。顯然這是不允許的。為此，要在降頻的同時還要降壓。這就要求頻率與電壓 協(xié)調(diào)控制。此外，在許多場合，為了保持在調(diào)速時，電動機產(chǎn)生

20、最大轉(zhuǎn)矩不變，亦需要維持磁通不變，這亦由 頻率和電壓協(xié)調(diào)控制來實現(xiàn)，故稱為可變頻率可變電壓調(diào)速（VVVF），簡稱變頻調(diào)速實現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置稱為變頻器。變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū)動電路、保護電路以及控制器（MCU DSP）等部分組成。首先將單相或三相交流電源通過整流器并經(jīng)電容濾波后，形成幅值基本固定的直流電壓加在 逆變器上，利用逆變器功率元件的通斷控制，使逆變器輸出端獲得一定形狀的矩形脈沖波形。在這里，通過改 變矩形脈沖的寬度控制其電壓幅值；通過改變調(diào)制周期控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時進行輸出電壓和 頻率的控制，而滿足變頻調(diào)速對U/f協(xié)調(diào)控制的要求。PWM的優(yōu)點是能消除或抑制低次諧波，使負(fù)載電機在近似 正弦波的交變電壓下運行，轉(zhuǎn)矩脈沖小，調(diào)速范圍寬。 3變頻技術(shù)的發(fā)展方向 （1）交流變頻向直流變頻方向轉(zhuǎn)化    直流變頻是以數(shù)字轉(zhuǎn)換電路代替交流變頻中的交流轉(zhuǎn)換電路，使負(fù)載電機始終處于最佳運行狀態(tài)。它摒棄 了交流變頻技術(shù)的交流直流交流變轉(zhuǎn)速方