變頻器基本知識

1、概述 變頻器就是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將固定電壓、頻率的交流電變換為頻率、電壓都連續(xù)可調(diào)的交流電的裝置，主要用于對異步電動機的調(diào)速控制，它與電動機之間連接框圖如圖1-1 所示。按變頻器的電路組成分類:從變頻器的電路組成來看，變頻器可分為交-交變頻器和交-直-交變頻器。交-環(huán)節(jié)，變換效率高。但其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍窄，所采用的器件多，其應(yīng)用收到很大限制。2、交-直-交變頻器 先將頻率固定的交流電整流后變成直流，再經(jīng)過逆變電路，把直流電逆變成頻率連續(xù)-直交變頻器。根據(jù)直流環(huán)節(jié)的儲能方式來分，交-直-交變頻器又可分為電壓型和交流電源 變頻器 電動機 負(fù)載電流型兩種。-,為電壓型。-見。 根據(jù)調(diào)壓

2、方式的不同，交直-交變頻器又可分為脈幅調(diào)制和脈寬調(diào)制兩種。3）脈幅調(diào)制 變頻器輸出電壓的大小是通過改變直流電壓（UD）來實現(xiàn)的，這種方法現(xiàn)在已經(jīng)很少采用。脈寬調(diào)制（PWM）是占空比按正弦規(guī)律變化的正弦波脈寬調(diào)制，即SPWM 方式。按變頻器的控制方式分類 按不同的控制方式，變頻器可分為U/f 控制、矢量控制（VC）和直接轉(zhuǎn)矩控制三種類型。按變頻器的用途分類 根據(jù)用途的不同變頻器可分為通用變頻器和專用變頻器。目前變頻器技術(shù)主要發(fā)展方向為：1、高水平的控制 2、網(wǎng)絡(luò)智能化 3、結(jié)構(gòu)小型化 4、高集成化 5、專門化 6、開發(fā)清潔電能的變頻器圖 2-2 交-直-交電壓型變頻器典型主電路整流器由VD1VD

3、6 組成三相整流橋它們將三相380V 工頻交流電整流成直流設(shè)電源的線電壓有效值為UL，那么三相全波整流后的平均直流電壓UD 大小是： UD=1.35UL=513V整流管 VD1VD6 通常采用可以承受高電壓大電流具有較大耗散功率的電力二極管，中間電路 中間電路包括濾波電路、限流電路和制動電路三部分。濾波電路 整流電路輸出的整流電壓是脈動的直流電壓，必須加以濾波。圖中的濾波電容 CF 的主要的是 CF 濾波后接近于正弦波圖2-6電流型變頻器的電路框圖如果將濾波電路的元件改為電感，如圖2-6 圖2-6電流型變頻器的電路框圖限流電路在電壓型變頻器的二極管整流電路中由于在接通電源時濾波電容CF 的充電

4、電流很大，CF 的充電電流，在變頻器開始接通電源的一段時間內(nèi)，電路串入限流電阻RL，當(dāng)濾波電CF SL RL 短接。制動電路制動電路包括制動電阻RB 和制動控制管VB制動電阻 RBUD 不斷上升，UD RB 部分能量的。制動控制管 VB。制動控制管一般由功率晶體管GTR（或 RB 的放電電流。逆變器（直-交） 1、電路組成 逆變器的基本作用是將直流變成交流，是變頻器的核心部分。它一般由逆變橋、續(xù)流電路和緩沖電路組成。逆變橋圖2-2 中，由V1V6 組成三相逆變橋 工作在開關(guān)狀態(tài) 導(dǎo)通時相當(dāng)于開關(guān)接通，V1V6 V1V6 交替通斷，將整流后的直流電壓變成交流電壓。目前，常用的逆變管有可關(guān)斷晶閘管

5、、電力場效應(yīng)管、絕緣柵雙極晶體管）和智能功率模塊（IPM）等，它們的電氣圖形符號如圖2-8 所示。KDCGGKDCGGGASEGTO(b) MOSFET(c)IGBT續(xù)流電路續(xù)流電路由反向并聯(lián)在六個逆變管的六個續(xù)流二極管VD7VD12 組成。續(xù)流二極管主要有以下功能：并聯(lián)的二極管進(jìn)行續(xù)流，將其能量返回直流電源。 為再生電流返回直流電源提供通道。緩沖電路緩沖電路由R01R06，VD01VD06, C01C06 組成。當(dāng)逆變管V1V6 每次由導(dǎo)通狀態(tài)切換至截止?fàn)顟B(tài)的關(guān)斷瞬間，集電極和發(fā)射極（即、E）UCE 0V 升至直流電UDC01C06 的作用就是減少電壓增長率。當(dāng)逆變管V1V6 V1V6 放電

6、。該放電電流的初始值 C01C06 VD01VD06 V1V6 的關(guān)斷過R01R06 V1V6 C01C06 R01R06。2、逆變原理電壓型三相橋式逆變電路的基本工作方式是180導(dǎo)通方式，即每個橋臂的導(dǎo)電180，同一組上下兩個橋臂的2 60觸發(fā)導(dǎo)通一次，相鄰兩1206 6 ,2-9 所示。圖中N 為電動機的中心點。從上述分析可以看出，通過6 個開關(guān)的交替工作可以得到一個三相交流電，只要調(diào)節(jié)開關(guān)的通斷速度就可調(diào)節(jié)交流電頻率，當(dāng)然交流電的幅值可通過調(diào)節(jié)UD 的大小來實現(xiàn)。充分利用電機鐵心，應(yīng)保持每極磁通不變。在額定頻率以下調(diào)速時f ，調(diào)頻的同時也要調(diào)壓。下移的，不同的運行速度，電動機輸出的轉(zhuǎn)矩恒

7、定，因此，額定頻率以下的調(diào)速屬于“恒轉(zhuǎn)矩”調(diào)速。額定頻率以上的調(diào)速 當(dāng)電動機超過額定頻率f N 工作時，由于電壓U 受其額定電壓 UN 的限制不能再升高，只能保持 U= UN 不變，必然使主磁通 隨著 f 的上升而減小，電機的最大電磁轉(zhuǎn)矩也減小，機械特性上移，但電機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的乘積即電機的輸出功率卻保持不變，額定頻率以下的調(diào)速屬于 “恒功率”調(diào)速。把額定頻率以下的調(diào)速和額定頻率以上的調(diào)速結(jié)合起來，可得到變頻器的基本控制曲線直流電動機與交流電動機的比較直流電動機的勵磁回路、電樞回路相互獨立，而異步電動機將兩者都集中于定子回路。直流電動機的主磁場和電樞磁場互差。直流電動機是通過獨立地調(diào)節(jié)兩個磁場

8、中的一個來進(jìn)行調(diào)速的，而異步電動機則做不到。變頻器的外觀內(nèi)部的安裝；封閉式的接線端子全部隱藏，不打開蓋子是看不見的。常用封閉式。變頻器的接線端子注意：R、S、T 端子與U、V、W 端子絕對不能接反，否則會燒毀變頻器變頻器 PU 運行的操作其操作步驟如下：1、試運行（點動運行）3-33 所示，將變頻器、電源及電動機三者相連接。檢查無誤后合閘通電，按圖34 完成“全部清除操作MODE MODE】鍵至“參數(shù)設(shè)定”畫面，設(shè)定點動頻率Pr.15Pr.16點動加、減速時間的值 REV】鍵，電動機旋轉(zhuǎn)，松開則電動機停轉(zhuǎn)。2、連續(xù)運行按圖34 完成“全部清除操作按照生產(chǎn)機械的運行曲線（電動機運行頻率隨時間變化

9、的曲線）要求設(shè)定有關(guān)參數(shù)?！挎I，使電動機正向運行在設(shè)定的運行頻率上?！挎I停止電動機的運行。REV】鍵，使電動機反向運行在設(shè)定的運行頻率上?！挎I停止電動機的運行變頻器外部運行的操作其操作步驟如下： 1、試運行（點動運行）按照圖 3-33 3-39 SA1 SA2 控制電動機反轉(zhuǎn)。檢查無誤后合閘通電，按圖34 完成“全部清除操作MODE 操作模式”MODE】鍵至“參數(shù)設(shè)定”畫面，設(shè)定點動頻率Pr.15Pr.16點動加、減速時間的值。MODE】鍵，選擇“運行模式”按【/】鍵，選擇“外部運行模式”(OP.nd)，EXT 燈亮。，電動機正向點動運行在點動頻率；斷開開關(guān)，電動機反向點動運行在點動頻率；斷開

10、開關(guān)變頻器組合運行的操作 1、組合操作模式1、 當(dāng)預(yù)置 Pr.79=3 時，選擇組合操作模式1，其含義為：運行頻率由面板鍵盤給定，啟動信號由外部開關(guān)控制。不接受外部的頻率設(shè)定信號和PU 的正、反轉(zhuǎn)、停止鍵的控制。2、組合操作模式2 當(dāng)預(yù)置 Pr.79=4 時，選擇組合操作模式2，其含義為：啟動信號由面板鍵盤【FWD】或【REV】控制，運行頻率由外部外部電位器調(diào)節(jié)。變頻器多檔速度運行的操作7 檔速度運行變頻器控制端子的接線和參數(shù)預(yù)置1、控制端子接線圖2、參數(shù)預(yù)置 7 檔速度運行要設(shè)置的參數(shù)號有 Pr.4Pr.6、Pr.24Pr27，與運行頻率對應(yīng)關(guān)系的見表 P3-24。2、控制端子狀態(tài)組合、預(yù)置

11、參數(shù)與電動機運行速度的關(guān)系。 控制端子狀態(tài)組合、預(yù)置參數(shù)與電動機運行速度的關(guān)系。說明如下： 1）RH Pr.4 f1 運行； 2）RM 端子的開關(guān)，電動Pr.5 f2 運行； 3）RL 端子的開關(guān)，電動機以Pr.6 f3 運行； 4）同時接通RMRL Pr.24 f4 RHRL Pr.25 f5 運行； 6）RHRM 端子的開關(guān)，電動機以Pr.26 f6 運行； 7）同時接RHRMRL Pr.27 f7 運行15 檔速度運行變頻器控制端子的接線和參數(shù)預(yù)置1、控制端子接線圖 15 3-47 REX 端子在三菱變頻器的控制端”四個端子中的任一個來充當(dāng)。當(dāng)應(yīng)用不同端子其對應(yīng)的設(shè)置參數(shù)號不同，分別對應(yīng)

12、于。 2、參數(shù)預(yù)置 在前面 7 檔速度基礎(chǔ)上，再設(shè)定下面15 CS RES Pr.232 Pr.239變頻器的 PID 控制運行操作1PID 參數(shù)的預(yù)置 三菱 FR-A540 PID，因此在使用時，只要根據(jù)控制要求設(shè)定響應(yīng)的參數(shù)(1) 變頻器控制端子選擇 控制端子選擇設(shè)置 PID PID 的接入。 設(shè)定 RT 端PID PID PID 的開環(huán)控制。 反饋量輸入端子選擇 反饋量輸入端子選擇是指當(dāng)應(yīng)用 PID 功能時，反饋量從哪個端子輸入。 設(shè)定4 DC 420mA直接轉(zhuǎn)矩的特點：變頻變壓的實現(xiàn)方法： U/f =通常采用正弦脈寬調(diào)制的方法Pulse Width SPWM 方式。矢量控制的理論基礎(chǔ)異

13、步電動機的矢量控制是建立在動態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上的。矢量控制有什么優(yōu)越性？ 術(shù)解決了大量的計算問題直接轉(zhuǎn)矩控制有什么特點？的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學(xué)模型。操作面板不能從變頻器上拆下-0 變頻器有點動選擇端子，-M 和L 變頻器對電動機的正反轉(zhuǎn)控制是通過控制變頻器 STF 兩個端子的接通與斷開來實現(xiàn)、STF 正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間沒有互鎖環(huán)節(jié)，容易產(chǎn)生誤動作。繼電器控制變頻器的正反轉(zhuǎn)電路PLC 與變頻器組合的正反轉(zhuǎn)控制電路圖絕對不能將R、S、T 與 U、V、W 端子接反，否則，會燒壞變頻器。PLC 的輸出端子只相當(dāng)于一個觸點，不能接電源，否則會燒壞。電動機為Y 形接法。運行中若出現(xiàn)報警現(xiàn)

14、象，復(fù)位后重新操作。繼電器與變頻器組合的變頻與工頻的切換控制電路圖變頻器內(nèi)設(shè)變頻運行和工頻運行切換功能的控制電路預(yù)置操作模式由于變頻器的切換功能只能在外部運行下有效。因此，必須首先對運行模式進(jìn)行預(yù)置：. 9（2）對切換功能進(jìn)行預(yù)置. 51. 63 互鎖時間預(yù)置為s 說明書上為s，由于增加了繼電器作為中間環(huán)節(jié)，故適當(dāng)延長) ；. 7；. 813 斷開，2 閉合； . 957G 端子變?yōu)镠 端子，用于接受外部熱繼電器的控制信號； . 66S 端子用于自動再起動控制。（4）調(diào)整部分輸出端的功能(多功能端子)Pr. 192 IPF KA1； Pr. 193 OL KA2； 4 U 端子用于控制。輸入信

15、號功能表MRS= “ON”時， CS 才能動作。MRS= “ON”與 CS= “ON”時， STF 才能動作，變頻運行才能進(jìn)行。如果 MRS 沒有接通，既不能進(jìn)行工頻運行，也不能進(jìn)行變頻器運行。PLC 與變頻器組合的變頻與工頻的切換控制電路工頻運行段將選擇開關(guān)2 0 動作，為工頻運行做好準(zhǔn)備。SB1X2 Y2 KM3 動作，電動機在工頻電壓下啟動并運行。X3 Y2 KM3 FR Y2KM3 X0X2X0X2X6Y1SETY2X3RSTY2X6X1X2X7Y2SETY1Y1Y0X3Y3RSTY1X7X4X0SETY3X5RSTY3X7X7SETY4SETY5T1X0RSTY4RSTY5變頻通電段

16、SA2 旋至“變頻運行”位，使輸入繼電器Xl 動作，為變頻運行做好準(zhǔn)備。SB1X2 Y1 KM2 動作，電動機接至變頻器輸出端；另一方面，又使輸出繼電器Y0 KM1 .按下，輸入繼電器X3 動作，在Y3 未動作或己復(fù)位的前提下，使輸出繼電器Y1 復(fù) 位，接觸器KM2 復(fù)位，切斷電動機與變頻器之間的聯(lián)系。同時，輸出繼電器Y0 與接觸器 KM1 電源。3）變頻運行段X4 Y0 已經(jīng)動作的前提下，輸出繼電器Y3 KA 動FWD 接通，電動機升速并運行。同時， Y3 SB2 在電動機運行狀態(tài)下直接切斷變頻器的電源。SB4X5 Y3 KA STF 斷開，電動機開始降速并停止變頻器跳閘段X7 Y1 Y3

17、KM2 KM1KA 也相繼復(fù)位，變頻器停止工作；另一方面，輸出繼電器Y4 Y5 動作并保持，蜂鳴器HA HL 工作，進(jìn)行聲光報警。同時，在Y1 已經(jīng)復(fù)位的情況下，時間繼電器T1 Y2 動作并保持，電動機進(jìn)入工頻運行狀態(tài)。故障處理段SA 旋至“工頻運行”位。這時，輸入繼電器X0 動作，一 方面使控制系統(tǒng)正;Y4 Y5 復(fù)位，停止聲光報警。變頻與工頻切換控制電路2)合上空氣開關(guān) QF，按下 SA3、SA2 開關(guān)，變頻器電源接通，控制電路工作在變頻狀態(tài)。所有參數(shù)恢復(fù)到出廠設(shè)定值。4-6 設(shè)置參數(shù)設(shè)置 Pr.79=2，將面板操作模式轉(zhuǎn)換為外部操作模式。6）按下 SA1 開關(guān)，電動機正轉(zhuǎn)起動并運行。RP

18、30Hz，用轉(zhuǎn)速表測試電動機的正向轉(zhuǎn)速大小。、SA1 開關(guān)，電動機切換到工頻運行，用轉(zhuǎn)速表測試電動機的正向轉(zhuǎn)速大小。、SA1 QF，拆除電路，并清理現(xiàn)場。PLC PLC 4-10 所示。3）將C 2 旋至“變頻運行”位，按下，使變頻器接通電源。所有參數(shù)恢復(fù)到出廠設(shè)定值設(shè)置”燈亮。RP30Hz，用轉(zhuǎn)速表測試電動機的正向轉(zhuǎn)速大小。將選擇開關(guān) SA2 旋至“工頻運行”位，按啟動按鈕SB1測試電動機的正向轉(zhuǎn)速大小。將C ，拆線并清理現(xiàn)場。PLC 與變頻器組合的多檔轉(zhuǎn)速控制電路圖(A 段)SB1X0 KM 得電并動作變頻器接通電源；SB2Xl Y10 KM 失電變頻器切斷電源。(B 段)X3 Y4 ST

19、OP SD STOP 端具有自鎖功能。SB3X2 動作STF 工作并自鎖系統(tǒng)開始加速并運行；SB4X3 釋放STF 自鎖失效系統(tǒng)開始減速并停止。(C 段)4-14”SA2 動作Y3 RH 1 速運行；SA2 動作Y2 RM 2 檔速運行；SA2 動作YI RL 3 速運行；SA2 動作Yl Y2 RL RM 4 檔速運行；SA2 動作Y1 Y3 RL RH 5 檔速運行；SA2 動作Y2 Y3 RM RH 端接通系統(tǒng)以第 6 速運行；SA2 、Y2 Y3 RL RM RH 端都接通系統(tǒng)以第PLC 實現(xiàn)多檔轉(zhuǎn)速梯形圖PLC 實現(xiàn)多檔轉(zhuǎn)速梯形圖4）變頻器報警(E 段)當(dāng)變頻器報警時，變頻器的報警輸

20、出A C 接通Xl4 (A 行)KM 失電 Yl2 HA HL 亮，進(jìn)行聲光報警。（5）變頻器復(fù)位(D 段)當(dāng)變頻器的故障已經(jīng)排除，可以重新運行時，按下SB5X4 動作變頻器的 RES 端接通變頻器復(fù)位。用 PLC 實現(xiàn)如圖 4-15 所示某生產(chǎn)機械特性運行曲線的控制，其基本運行參數(shù)如表4-13 接好電路。PLC 220V PLC PLC 2-14 所示。將C 合上空氣開關(guān)。按下，接通變頻器電源。所有參數(shù)恢復(fù)到出廠設(shè)定值。設(shè)置”燈均亮。設(shè)定七檔運行速度參數(shù)，有關(guān)參數(shù)典型值如下：Pr.4=20HzPr.5=25HzPr.6=30HzPr.24=35HzPr.25=40HzPr.26=45HzPr.27=50HzSA2 20Hz。 8）SA2 25Hz。 9）SA2 ”位，電動機正轉(zhuǎn)運行在30Hz。 10）SA2 3