變頻器及其應用教材

1、變頻器及其應用陸偉變頻器基本知識入門n1、什么是變頻器(Inverter)？n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的不同點是什么？nPWM是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調制)縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調節(jié)輸出量和波形的一種調值方式。PAM是英文Pulse Amplitude Modulation(脈沖幅度調制)縮寫，是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調節(jié)輸出量值和波形的一種調制方式。電壓型與電流型有什么不同？n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，直流回

2、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，其直流回路濾波是電感。為什么變頻器的電壓與頻率成比例的改變？n異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，那么磁通就過大，磁回路飽和，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(xiàn)象的產生。這種控制方式多用于風機、泵類節(jié)能型變頻器。 n5、電動機使用工頻電源驅動時，電壓下降則電流增加;對于變頻器驅動，如果頻率下降時電壓也下降，那么電流是否增加？n頻率下降(低速)時,如果輸出相同的功率,則電流增加

3、,但在轉矩一定的條件下,電流幾乎不變。6、采用變頻器運轉時，電機的起動電流、起動轉矩怎樣？n采用變頻器運轉，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(jù)機種不同，為125%200%)。用工頻電源直接起動時，起動電流為67倍，因此，將產生機械電氣上的沖擊。采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1.21.5倍，起動轉矩為70%120%額定轉矩；對于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模式是什么意思？n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的比例關系是考慮了電機特性而預先

4、決定的，通常在控制器的存儲裝置(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？n頻率下降時完全成比例地降低電壓，那么由于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。可以采用各種方法實現(xiàn),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范圍606Hz，即10:1，那么在6Hz以下就沒有輸出功率嗎？n在6Hz以下仍可輸出功率，但根據(jù)電機溫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

5、矩而不會引起嚴重的發(fā)熱問題。變頻器實際輸出頻率(起動頻率)根據(jù)機種為0.53Hz. 10、對于一般電機的組合是在60Hz以上也要求轉矩一定，是否可以？n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，大體為恒功率特性，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(huán)是什么意思？n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(huán)”，不用PG運轉的就叫作“開環(huán)”。通用變頻器多為開環(huán)方式，也有的機種利用選件可進行PG反饋。12、實際轉速對于給定速度有偏差時如何辦？n開環(huán)時，變頻器即使輸出給定頻率，電機在帶負載運行時，電

6、機的轉速在額定轉差率的范圍內(1%5%)變動。對于要求調速精度比較高，即使負載變動也要求在近于給定速度下運轉的場合，可采用具有PG反饋功能的變頻器(選用件)。 13、如果用帶有PG的電機，進行反饋后速度精度能提高嗎？n具有反饋功能的變頻器，精度有提高。但速度精度的值取決于本身的精度和變頻器輸出頻率的分辨率。 14、失速防止功能是什么意思？n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(xù)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

7、功能。變頻器的結構:變頻器接線端口1變頻器接線端口2變頻器接線端口3變頻器的運行性能n1 頻率給定的方式與選擇n 1.1 基礎概念n (1) 給定方式的基本含義n要調節(jié)變頻器的輸出頻率，必須首先向變頻器提供改變頻率的信號，這個信號，稱為頻率給定信號，也有稱為頻率指令信號或頻率參考信號的。所謂給定方式，就是調節(jié)變頻器輸出頻率的具體方法, 也就是提供給定信號的方式。頻率給定的方式n面板給定方式外部給定方式n從外接輸入端子輸入頻率給定信號，來調節(jié)變頻器輸出頻率的大小，稱為外部給定，或遠控給定。主要的外部給定方式有: n(a) 外接模擬量給定n(b) 外接數(shù)字量給定:通過外接開關量端子輸入開關信號進行

8、給定。n(c) 外接脈沖給定:通過外接端子輸入脈沖序列進行給定。n(d) 通訊給定: 由PLC或計算機通過通訊接口進行頻率給定。選擇給定方式的一般原則n(1) 面板給定和外接給定n優(yōu)先選擇面板給定。n(2)數(shù)字量給定與模擬量給定n優(yōu)先選擇數(shù)字量給定。n(3) 電壓信號與電流信號n優(yōu)先選擇電流信號。因為電流信號在傳輸過程中，不受線路電壓降、接觸電阻及其壓降、雜散的熱電效應以及感應噪聲等等的影響，抗干擾能力較強。頻率的限制功能n生產機械根據(jù)工藝過程的實際需要，常常要求對轉速范圍進行限制。以某攪拌機為例，如圖所示。要求的最高轉速是600r/min，最低轉速是150r/min?；乇茴l率n任何機械在運轉

9、過程中，都或多或少會產生振動。每臺機器又都有一個固有振蕩頻率，它取決于機械的結構。如果生產機械運行在某一轉速下時，所引起的振動頻率和機械的固有振蕩頻率相吻合的話，則機械的振動將因發(fā)生諧振而變得十分強烈(也稱為機械共振)，并可能導致機械損壞的嚴重后果變頻器使用與維護n1、通風：安裝環(huán)境環(huán)境溫度- 10- 10 50 50 (無冰凍)濕度 氣壓90% RH 或更低 (無凝露)儲存溫度- 20- 20 65 65 安裝場所無腐蝕性氣體，可燃性氣體，油霧或灰塵海拔, 振動最大海拔高度 1,000m 以下,最大 5.9m/sec2 (0.6G) 或更低大氣壓力70 106 kPa接線n不要安裝電力電容器

10、，浪涌抑制器，或RFI濾波器在變頻器的輸出側。n連接到電機的輸出電纜（U， V， W） 的連接方式將會影響到電機的旋轉方向。n不正確的端子接線可能引起設備的損壞。n端子的正負極接反可能會損壞變頻器。n只有熟悉變頻器的人員才可以對變頻器進行接線和檢查。n先安裝變頻器再進行接線，否則，你可能受到電擊或人身傷害。操作防范n當選擇自動重啟動功能時，由于電機會在故障停止后突然再啟動，所以應遠離設備。 n操作面板上的“STOP”鍵僅在相應功能設置已經被設定時才有效，特殊情況應準備緊急停止開關。n如果故障復位是使用外部端子進行設定，將會發(fā)生突然啟動。請預先檢查外部端子信號是否處于關斷位，否則可能發(fā)生意外事故

11、。n不要修改或變動變頻器內部任何東西。n變頻器的電子熱保護功能可能無法保護電機。n在變頻器的輸入側不要使用電磁式交流接觸器作為變頻器頻繁啟停的開關。 n使用噪聲濾波器來降低變頻器產生的電磁干擾的影響，否則，附近的電子設備可能會受到干擾。 n如果輸入電壓不平衡，需要安裝交流電抗器。來自變頻器的潛在高次諧波可能會引起電力電容器和發(fā)生器變熱與損壞。 n參數(shù)初始化后，在運行前需要再次設定參數(shù)。當參數(shù)被初始化后，參數(shù)值又重新回到出廠設置。n變頻器可以容易地設定為高速運行，在運行前先檢查一下電機或機械設備的容量。n使用直流制動功能時，不會產生停止力矩。當需要停止力矩時，安裝單獨設備。 n當驅動400V變頻

12、器和電機時，用絕緣整流器和采取措施抑制浪涌電壓。由于在電機接線端子配線常數(shù)問題引起的浪涌電壓，有可能毀壞絕緣和損壞電機變頻器的選用件的特點和應用 ：n1、交流電抗器 串聯(lián)在電源與變頻器輸入側，用于抑制輸入電流的高次諧波，減少電源浪涌對變頻器的沖擊，改善三相電源的不平衡性，提高輸入電源的功率因數(shù)（提高到0.75-0.85）。建議在下列情況下使用輸入交流電抗器：n變頻器所用之處的電源容量與變頻器容量之比為10:1以上； 同一電源上接有晶閘管設備或帶有開關控制的功率因數(shù)補償裝置； 三相電源的電壓不平衡度較3%）； 由于交流電抗器體積較大，成本較高，變頻器功率30KW時才考慮配置交流電抗器。 2、直流

13、電抗器n直流電抗器串聯(lián)在直流中間環(huán)節(jié)母線中（端子P1、P+之間）。主要是減小輸入電流的高次諧波成分，提高輸入電源的功率因數(shù)（提高到0.95）。此電抗器可與交流電抗器同時使用，變頻器功率30KW時才考慮配置。 3、濾波器n在變頻器輸入、輸出電路中，有許多高頻諧波電流，濾波器用于抑制變頻器產生的電磁干擾噪聲的傳導，也可抑制外界無線電干擾以及瞬時沖擊、浪涌對變頻器的干擾。根據(jù)使用位置的不同可以分為輸入濾波器和輸出濾波器。 輸入濾波器有2種，線路濾波器和輻射濾波器：n 線路濾波器串聯(lián)在變頻器輸入側，由電感線圈組成，通過增大電路的阻抗減小頻率較高的諧波電流；在需要使用外控端子控制變頻器時，如果控制回路電

14、纜較長，外部環(huán)境的干擾有可能從控制回路電纜侵入，造成變頻器誤動作，此時將線路濾波器串聯(lián)在控制回路電纜上，可以消除干擾。 輻射濾波器并聯(lián)在電源與變頻器輸入側，由高頻電容器組成，可以吸收頻率較高具有輻射能量的諧波成分，用于降低無線電噪聲。線路濾波器和輻射濾波器同時使用效果更好。 n輸出濾波器串聯(lián)在變頻器輸出側，由電感線圈組成，可以減小輸出電流中的高次諧波成分，抑制變頻器輸出側的浪涌電壓，同時可以減小電動機由高頻諧波電流引起的附加轉矩。 注意輸出濾波器到變頻器和電機的接線盡量縮短，濾波器亦應盡量靠近變頻器。 4、制動電阻和制動單元在變頻器停止和降速時，由于電機的慣性，電機會處于再生制動狀態(tài)，產生再生

15、能量回饋給直流回路，消耗在內置制動電阻上，如果減速時間設定較短，造成直流母線電壓升高過快，能量來不及消耗掉，可能超過電容的耐壓或開關元件的容許電壓，會造成變頻器損壞。因此生產廠家為不同規(guī)格的變頻器配備制動電阻或制動單元。用戶在使用變頻器時將制動電阻（P、DB）或制動單元（P、N）連接在直流母線兩端，以便在直流母線電壓升高到一定時，通過制動電阻或制動單元消耗掉多余的能量，保護變頻器。 n制動電阻與使用電機的飛輪轉矩有密切關系，而電機的飛輪轉矩在運行時是變化的，因此準確計算制動電阻比較困難，而且沒有必要，通常情況是采用經驗公式取一個近似的值。 制動電阻R=2*UD/Ie UD=700V Ie：變頻

16、器額定電流 制動電阻R=* UD2/Ie 為常數(shù)，電機容量小時取小，反之取大。 一般情況下，選用合適的制動電阻即可，如果電機功率較大，為了提高變頻器在減速時的制動能力，同時使用合適的制動電阻和制動單元，效果較好。 5、漏電保護器n在變頻器輸入、輸出引線和電機內部均存在分布電容，且變頻器一般為低噪聲型，使用的載波頻率較高。因此變頻器的對地漏電流較大（大容量機種更為明顯），有時會導致保護電路誤動作。遇到上述問題時，除適當降低載波頻率，縮短引線外，還應安裝漏電保護器。 當使用漏電保護器時，應注意以下幾點： 漏電保護器應設于變頻器的輸入側，置于空氣開關（無熔絲斷路器）之后較為合適； 漏電保護器的動作電

17、流應大于該線路在工頻電源下不使用變頻器時漏電流（線路、無線電噪聲濾波器、電機等漏電流的總和）的10倍。 變頻器的控制功能n變頻器對外接輸入端子的安排n外接輸入控制端接受的都是開關量信號，所有端子大體上可以分為兩大類:n (1) 基本控制輸入端n 如運行、停止、正轉、反轉、點動、復位等。這些端子的功能是變頻器在出廠時已經標定的, 不能再更改。n (2) 可編程控制輸入端n由于變頻器可能接受的控制信號多達數(shù)十種，但每個拖動系統(tǒng)同時使用的輸入控制端子并不多。為了節(jié)省接線端子和減小體積，變頻器只提供一定數(shù)量的“可編程控制輸入端”，也稱為“多功能輸入端子”。其具體功能雖然在出廠時也進行了設置，但并不固定

18、，用戶可以根據(jù)需要進行預置。常見的可編程功能如多檔轉速控制、多檔加/減速時間控制、升速/降速控制等;n 例如，艾默生TD3000系列變頻器的多功能輸入端子有8個(X1X8)。而可以預置的功能有33種;安川CIMRG7A變頻器的多功能輸入端子有10個(S3S12)，而可以預置的功能多達78種。2 常用輸入控制端的應用舉例n升速、減速功能n在紡織、印染以及造紙機械中，根據(jù)生產工藝的需要，往往劃分成許多個加工單元，每個單元都有各自獨立的拖動系統(tǒng)，如圖6所示。在這種情況下，總是要求被加工物在各單元的線速度保持一致:n v1v2v3多檔轉速控制多檔速的PLC控制電路跳閘報警輸出n(1) 功能與特點n 當變頻器因發(fā)生故障而跳閘時，發(fā)出跳閘報警信號。主要特點如下:n (a) 功能單一n報警輸出的控制端子是專用的，不能再作其他用途。所以，跳閘報警輸出端子不需要進行功能預置。n (b) 繼電器輸出n所有變頻器的報警輸出都是繼電器輸出, 可直接接至交流250V電路中，觸點容量大多為1A, 也有大至A的。n 大多數(shù)變頻器的報警輸出端都配置一對觸點(一常開、一常閉)，如圖13中的A-C、B-C所示;變頻器的內置程序控制功能n各種變頻