變頻器的基本原理與應(yīng)用

1、基本概念結(jié)構(gòu)與原理應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用意義實(shí)際應(yīng)用與操作故障判斷與排除1.基本概念 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻率電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因素、過(guò)流/過(guò)壓/過(guò)載保護(hù)等功能。 通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（DC）；然后再把直流電（DC）變換為三相或單相交流電（AC），我們把實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的裝置就稱為“變頻器”?；靖拍罱Y(jié)構(gòu)與原理應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用意義實(shí)際應(yīng)用與操作故障判斷與排除2.結(jié)構(gòu)與原理u主機(jī)分解圖u

2、內(nèi)部結(jié)構(gòu) 變頻器基本結(jié)構(gòu)分為4部分：整流單元、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制電路。 整流單元將工作頻率固定的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。 中間直流環(huán)節(jié)也稱儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，主要是高容量電容存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換后的電能。 逆變器由大功率開關(guān)晶體管陣列組成電子開關(guān)，將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率、寬度、幅度的方波。 控制電路按設(shè)定的程序工作，控制輸出方波的幅度與脈寬，使疊加為近似正弦波的交流電，驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)。 u調(diào)速原理 交流電機(jī)模型N = 60 f (1-s)/ p （1）f = 電機(jī)供電頻率s= (n1-n)/n1 轉(zhuǎn)差率p = 電機(jī)極對(duì)數(shù) 改變電機(jī)的極對(duì)數(shù) 改變電機(jī)的轉(zhuǎn)差率 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 定子調(diào)壓調(diào)速 改變電機(jī)的供電頻率，即變

3、頻調(diào)速 由式(1)可知，轉(zhuǎn)速N與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在050Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。 基本概念結(jié)構(gòu)與原理應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用意義實(shí)際應(yīng)用與操作故障判斷與排除3.應(yīng)用領(lǐng)域 20世紀(jì)90年代開始，交流變頻調(diào)速裝置在我國(guó)的應(yīng)用有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。由于變頻調(diào)速在頻率范圍、動(dòng)態(tài)相應(yīng)、調(diào)速精度、低頻轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償、通訊功能、智能控制、功率因數(shù)、工作效率、使用方便等方面是以往的交流調(diào)速方式無(wú)法比擬的，它以體積小、重量輕、通用性強(qiáng)、拖動(dòng)領(lǐng)域?qū)挕⒈Ｗo(hù)功能完善、可靠性高、操作簡(jiǎn)

4、便等優(yōu)點(diǎn)，深受鋼鐵、冶金、礦山、石油、石化、化工、機(jī)械、電力、自來(lái)水等行業(yè)的歡迎，社會(huì)效益非常顯著。 u 泵類負(fù)載：泵類負(fù)載，量大面廣，包括水泵、油泵、化工泵、泥漿泵等，有低壓中小容量，也有高壓大容量。采用變頻控制時(shí)，電機(jī)或泵的轉(zhuǎn)數(shù)下降，軸承等機(jī)械部件磨損降低，泵端密封系統(tǒng)不易損壞，機(jī)泵故障率降低，維修工作量大為減少。高樓的恒壓供水變頻系統(tǒng)，雖然只是變頻器的簡(jiǎn)單應(yīng)用，但很好得滿足了高層用戶用水的壓力穩(wěn)定性，大大節(jié)約了能源。u 風(fēng)機(jī)類負(fù)載：風(fēng)機(jī)類負(fù)載，也是量大面廣設(shè)備，各行各業(yè)普遍應(yīng)用，多數(shù)是調(diào)節(jié)擋板開度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，浪費(fèi)大量電能。某煉油廠65噸/時(shí)中壓鍋爐是為回收催化裂化裝置生產(chǎn)中產(chǎn)生的一氧化碳

5、氣而設(shè)置的主要?jiǎng)恿υO(shè)備。由于燃燒燃料的不同，所需風(fēng)量相差近一倍。為此，他們對(duì)鍋爐風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速控制，去掉了風(fēng)機(jī)擋板，年節(jié)電67萬(wàn)度，節(jié)電率67.7%，鍋爐燃燒率提高1.62.7%，節(jié)省燃料油9891628噸。 u 音樂噴泉類負(fù)載 ：非常招攬游人的音樂噴泉，其水的高低和量的大小是靠變頻控制的。目前較多的大型噴泉多采用變頻控制。美觀而經(jīng)濟(jì)。 音樂噴泉的工作原理是，根據(jù)播放的音樂來(lái)控制水柱，達(dá)到與音樂同步的效果，而水柱是由水泵來(lái)控制的。由變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使水柱發(fā)生變化。 改變頻率就改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速，也就改變了水泵的壓力，音樂的不同頻率經(jīng)單片機(jī)處理送到變頻電機(jī)的控制端，使電機(jī)轉(zhuǎn)速隨音樂的音調(diào)，

6、節(jié)奏，和強(qiáng)弱變化，水泵的壓力隨之變化，噴岀的水就有了高低變化。u 空調(diào)、電梯、高架纜車、傳送帶基本概念結(jié)構(gòu)與原理應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用意義實(shí)際應(yīng)用與操作故障判斷與排除4.變頻器的意義 變頻器個(gè)應(yīng)用如此廣泛， 其意義主要體現(xiàn)在以下幾方面：u 節(jié)能：根據(jù)流體力學(xué)和電力學(xué)知識(shí)可知，水泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。例如：一臺(tái)水泵電機(jī)功率為55KW，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原來(lái)的4/5時(shí)，其耗電量為28.16KW，省電48.8%，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到1/2時(shí)，其耗電量為6.875KW，省電87.5%。 按照蘇10-3站變頻器正常運(yùn)作狀態(tài)下，潛水泵（5.5KW）轉(zhuǎn)速為原來(lái)的3/5左右，也就是省電近78.4%。u 保護(hù)電機(jī)：

7、電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流是額定電流的47倍，這樣會(huì)對(duì)機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊。使用變頻器后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開始逐漸提升，最大值也不會(huì)超過(guò)額定電流，減輕了電流對(duì)設(shè)備的沖擊，從而延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，同時(shí)節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用。 同時(shí)，變頻器具有過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流、欠壓等自動(dòng)保護(hù)功能。u 自動(dòng)控制：完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，且可與其它自控裝置進(jìn)行電氣聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)保護(hù)及計(jì)算機(jī)控制。u 環(huán)保：電機(jī)將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運(yùn)行，減少了噪聲對(duì)環(huán)境的影響。 基本概念結(jié)構(gòu)與原理應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用意義實(shí)際應(yīng)用與操作故障判斷與排除5.變頻器實(shí)際操作與應(yīng)用蘇10-3站變頻器鏈路圖+-PT114+PT11

8、4-C111u整體鏈路圖00.10.20.30.40.50.60510152025壓力（壓力（Mpa）電流（電流（mA）壓力與電流關(guān)系圖壓力與電流關(guān)系圖40.2311.36u壓變簡(jiǎn)單原理u變頻器操作面板主電源輸入連接3相電源變頻器輸出連接3相電機(jī)接地模擬量設(shè)定電流輸入正轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)指令u變頻器接線圖u 參數(shù)設(shè)置a.按PRG/RESET（程序/復(fù)位鍵），切換至程序模式。 運(yùn)轉(zhuǎn)模式：運(yùn)轉(zhuǎn)信息（輸出頻率、輸出電流、輸出電壓以 及設(shè)定值、反饋值等） 程序模式：菜單、功能代碼、功能代碼數(shù)據(jù)等 報(bào)警模式：顯示報(bào)警功能發(fā)生的報(bào)警原因代碼b.按FUNC/DATA（功能/數(shù)據(jù)鍵）選擇需要設(shè)定的功能代碼。c.按UP/D

9、OWN鍵更改功能代碼數(shù)據(jù)，修改之后按FUNC/DATA 鍵保存（LED監(jiān)視器會(huì)顯示“SAVE”字樣）。 主要需要設(shè)定的功能代碼見下表：功能代碼名稱設(shè)定值及意義F01頻率設(shè)定0 操作面板鍵操作F02運(yùn)行操作2 正轉(zhuǎn)E40PID表示系數(shù)A0.5 壓變量程E43LED監(jiān)視器顯示選擇12 PID反饋值E62端子C15 PID反饋值J01PID控制動(dòng)作選擇1 程序用（正動(dòng)作）J03P（增益）0.9J04I（積分時(shí)間）9.0 J05D（微分時(shí)間）0P02功率（KW）5.5 電機(jī)額定功率P03額定電流（A）略小于14 電機(jī)額定電流F44電流限制99% H03數(shù)據(jù)初始化1 初始化表1：功能代碼設(shè)置表注：每修改

10、完一個(gè)代碼數(shù)據(jù)都需按FUNC/DATA鍵進(jìn)行保存。d.設(shè)定完畢上表各功能代碼之后按PRG/RESET鍵切換為運(yùn)轉(zhuǎn)模式， 連續(xù)按7次FUNC/DATA鍵，至壓力設(shè)定值設(shè)置界面，按UP/DOWN 鍵進(jìn)行設(shè)置為0.23。e.按RUN鍵（運(yùn)行鍵），開始水泵 的運(yùn)轉(zhuǎn)。f.運(yùn)轉(zhuǎn)之后再按1次FUNC/DATA鍵切換至壓力反饋值界面，觀察 并與泵房壓變顯示值進(jìn)行比對(duì)是否一致。g.連續(xù)按FUNC/DATA鍵切換至頻率、電流界面，觀察數(shù)據(jù)是否 正常（頻率33Hz左右，電流78A）。h.頻率、電流、壓力反饋值正常，則變頻器運(yùn)作穩(wěn)定?；靖拍罱Y(jié)構(gòu)與原理應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用意義實(shí)際應(yīng)用與操作故障判斷與排除6.常見故障判斷與排除現(xiàn)象原因檢查和對(duì)策電機(jī)不旋轉(zhuǎn)主電源沒有正確輸入檢查輸入電壓、輸出電壓是否平衡負(fù)載過(guò)大測(cè)定輸出電流確認(rèn)機(jī)械性制動(dòng)是否動(dòng)作電機(jī)在旋轉(zhuǎn)，但速度不上升最高輸出頻率的設(shè)定較低確