變頻器基本知識(shí)

變頻器基礎(chǔ)知識(shí)一、三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理由電機(jī)拖動(dòng)原理知，三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：n=60f1（1-s）/p （1-1）式中n 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f1——異步電動(dòng)機(jī)定子繞組上交流電源的頻率；s——異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；p 異步電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。由式（1-1）知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率s變化不大時(shí)，轉(zhuǎn)速n基本與電源頻率f1成正比。連續(xù)調(diào)節(jié)匕，就可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n，這就是變頻調(diào)速的基本原理。由電機(jī)學(xué)原理知，三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)E的表達(dá)式為：E1=4.44f1N1KW10m （「2）式中E1——?dú)庀洞磐ㄔ诙ㄗ用肯嘀懈袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值；N1——每相定子繞組的匝數(shù)；K——與繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；W1①m——電機(jī)每極氣隙磁通。根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路，由于4.44N1Kw均為常數(shù)，不計(jì)定子漏阻抗時(shí)有： 1U1f*m H-3）式中U1——電機(jī)定子電壓。由（】-3）可知，保持U1不變，當(dāng)f1由基頻fN向下調(diào)節(jié)時(shí)，將會(huì)引起主磁通①m的增加。由于額定工作時(shí)電機(jī)的磁通已經(jīng)接近飽和，①m的繼續(xù)增大，將會(huì)使電動(dòng)機(jī)磁路過(guò)分飽和，從而導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電機(jī)，因此，為了使電機(jī)保持較好的運(yùn)行性能，在向下調(diào)節(jié)f1的時(shí)候，①m必須保持不變，即保持U1/f1不變。通過(guò)以上分析可知：在基頻以下調(diào)頻時(shí)，調(diào)頻的同時(shí)也要調(diào)壓。將這種變頻調(diào)速方式稱為恒磁通（恒轉(zhuǎn)矩）變頻調(diào)速，也即變壓變頻（VVVF）調(diào)速控制。由于電機(jī)受額定電壓un的限制不能持續(xù)升高，f1從基頻fN向上調(diào)節(jié)時(shí)，主磁通①m將減少，鐵芯利用不充分，同樣的轉(zhuǎn)子電流下，電磁轉(zhuǎn)矩T下降，電機(jī)負(fù)載能力下降。這種控制方式下，轉(zhuǎn)速越高，轉(zhuǎn)矩越低，但輸出功率基本不變。所以，基頻以上調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。二、變頻器基本知識(shí)變頻器基本結(jié)構(gòu)1.1變頻器基本原理（主電路）變頻器是把電壓、頻率固定的交流電變成電壓、頻率可調(diào)的交流電的變換器，其基本原理（主電路）圖構(gòu)成如下：圖2.1變頻器基本原理（主電路）圖變流器大量使用的是二極管/品閘管橋整流器，它把工頻電源變換為直流電源。平波回路抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置容量小時(shí)，可以省去電感。逆變器逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率。制動(dòng)回路電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)差率為負(fù)時(shí)，再生能量可用制動(dòng)回路（開(kāi)關(guān)和電阻）消耗。1.2控制電路控制電路是給系統(tǒng)電路提供控制信號(hào)的回路，具有設(shè)定和顯示運(yùn)行參數(shù)、信號(hào)檢測(cè)、系統(tǒng)保護(hù)、計(jì)算與控制、驅(qū)動(dòng)逆變管等作用。（1）主控電路：變頻器控制的核心是由單片機(jī)構(gòu)成的中央處理單元組成，包括控制程序、控制方式等。外部的控制信號(hào)、內(nèi)部的檢測(cè)信號(hào)、用戶的參數(shù)設(shè)定等送到CPU，經(jīng)CPU處理后，對(duì)變頻器進(jìn)行相關(guān)控制。（2） 驅(qū)動(dòng)電路：主要包括?咖信號(hào)分配電路、輸出信號(hào)電路等。主要作用是產(chǎn)生符合系統(tǒng)控制要求的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。（3） 保護(hù)及報(bào)警單元：變頻器通常都有故障自診斷功能和自保護(hù)功能。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障或輸入、輸出信號(hào)異常時(shí)，能使變頻器停止工作或抑制電壓、電流值。（4） 參數(shù)設(shè)定和監(jiān)視單元：該單元主要由操作面板組成，用于對(duì)變頻器的參數(shù)設(shè)定和監(jiān)視變頻器當(dāng)前工作狀態(tài)，并顯示故障代碼。（5） 檢測(cè)電路：包括電壓、電流、以及溫度的信息采樣，將采樣信息送至主控電路。變頻器的控制方式（1） U/f控制。逆變器采用IGBT元件組成，用PWM方式進(jìn)行控制。逆變器的脈沖發(fā)生器同時(shí)受控于頻率指令和電壓指令，而U與f之間的關(guān)系是由曲線發(fā)生器（模式形成）決定的。這樣成咖控制之后，變頻器的輸出頻率、輸出電壓之間的關(guān)系就是曲線發(fā)生器所確定的關(guān)系。轉(zhuǎn)速的改變是靠改變頻率的設(shè)定值來(lái)實(shí)現(xiàn)的，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速要根據(jù)負(fù)載的大小，即轉(zhuǎn)差率的大小來(lái)決定。負(fù)載變化時(shí)，在不變條件下，電機(jī)轉(zhuǎn)速將隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化而變化，故它常用于速度精度要求不十分嚴(yán)格或負(fù)載變動(dòng)較小的場(chǎng)合。轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制，無(wú)需速度傳感器，控制電路簡(jiǎn)單，負(fù)載可能是通用的標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī)，所以通用性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性好，是目前通用變頻器產(chǎn)品中使用較多的一種控制方式。（2） 轉(zhuǎn)差頻率控制。由于U/f控制沒(méi)有轉(zhuǎn)矩控制功能，為了提高靜態(tài)穩(wěn)定性、加大調(diào)速范圍、改善啟動(dòng)性能，并避免不必要的過(guò)電流跳閘，就提出了轉(zhuǎn)差頻率控制方式。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定數(shù)學(xué)模型可知，當(dāng)頻率一定時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)差率，機(jī)械特性為直線。轉(zhuǎn)差頻率控制就是通過(guò)控制轉(zhuǎn)差頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)矩和電流。但是該控制方式結(jié)果復(fù)雜，通用性較差。（3） 矢量控制。U/f控制思想建立在異步電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型上，動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)不高。對(duì)于對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高的場(chǎng)合，可以采用矢量控制。采用矢量控制方式的目的，主要是為了提高變頻調(diào)速的動(dòng)態(tài)性能。根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型、利用坐標(biāo)變換手段，將交流電動(dòng)機(jī)的定子電流分解成磁場(chǎng)分量電流和轉(zhuǎn)矩分量電流，并分別加以控制，即模仿自然解耦的直流電動(dòng)機(jī)控制方式，對(duì)電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩分別進(jìn)行控制，以獲得類似于直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在矢量控制方式中，磁場(chǎng)電流和轉(zhuǎn)矩電流可以根據(jù)可測(cè)定的電動(dòng)機(jī)定子電壓、電流的實(shí)際值經(jīng)計(jì)算求得。磁場(chǎng)電流和轉(zhuǎn)矩電流再與相應(yīng)的設(shè)定值相比較并根據(jù)需要進(jìn)行必要的校正。矢量控制的主要優(yōu)點(diǎn)如下：1） 良好的速度追蹤性能；2） 速度控制可低至零速；3） 負(fù)載變化對(duì)調(diào)速精度影響小。（4）直接轉(zhuǎn)矩控制方式。它是利用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下計(jì)算與控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，采用定子磁場(chǎng)定向，借助于離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)產(chǎn)生PWM信號(hào)，直接對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能。它是一種控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制手段直接，具有高靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速方法。三、變頻器常見(jiàn)故障的原因及處理方法當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，一般將檢修的重點(diǎn)放在主電路和微處理器后的接口電路，而微處理系統(tǒng)由于與其他電路可靠隔離，它的故障率極低，即使有故障，也難以用常規(guī)的方法檢測(cè)出來(lái)。變頻器常見(jiàn)故障的原因及處理方法如下：過(guò)電流故障過(guò)流故障可能是由于加減速時(shí)間太短、輸出端短路、負(fù)荷分配不均、負(fù)載發(fā)生突變等原因引起的。這時(shí)一般可通過(guò)延長(zhǎng)加減速時(shí)間、對(duì)線路進(jìn)行檢查、進(jìn)行負(fù)荷分配調(diào)整、減少負(fù)載突變或外加能耗制動(dòng)元件進(jìn)行處理。如果斷開(kāi)負(fù)載還是過(guò)電流故障，則說(shuō)明變頻器逆變電路已壞，需更換變頻器。過(guò)電壓故障過(guò)電壓故障可能是由于減速時(shí)間太短、出現(xiàn)負(fù)負(fù)載（由負(fù)載帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)）電源電壓過(guò)高等原因引起的。此時(shí)可以通過(guò)延長(zhǎng)減速時(shí)間、調(diào)整負(fù)載情況、切斷電源等方法進(jìn)行處理。如果延長(zhǎng)減速時(shí)間仍不能解決問(wèn)題，選用制動(dòng)電阻（單元）。過(guò)載故障過(guò)載故障包括變頻器過(guò)載和電機(jī)過(guò)載，其可能是加速時(shí)間太短、直流制動(dòng)量過(guò)大、電網(wǎng)電壓太低、負(fù)載過(guò)重等原因引起的?？赏ㄟ^(guò)延長(zhǎng)加速時(shí)間、延長(zhǎng)制動(dòng)時(shí)間、檢查電網(wǎng)電壓等方法處理。如果是負(fù)載過(guò)重，可能是所選電機(jī)和變頻器不能拖動(dòng)該負(fù)載，也可能是機(jī)械潤(rùn)滑不好引起的，若是前者，則必須更換大功率電機(jī)或變頻器，若是后者，則要對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行檢修。對(duì)地短路故障對(duì)地短路故障可能是電機(jī)絕緣老化、負(fù)載側(cè)接觸不良等原因引起的，檢查電機(jī)和負(fù)載側(cè)接線是否與地線之間有短路。溫度過(guò)高故障故障原因可能是冷卻風(fēng)扇故障、環(huán)境溫度過(guò)高、過(guò)濾網(wǎng)堵塞，可以通過(guò)更換冷卻風(fēng)扇、降低環(huán)境溫度、清洗過(guò)濾網(wǎng)等方法處理。其它故障如硬件故障、通信故障，此類故障可以與廠家聯(lián)系解決。此外，外部的各種干擾信號(hào)（如容量較大的品閘管換流設(shè)備，電力補(bǔ)償電容等電網(wǎng)中存在的諧波源工作中產(chǎn)生的畸形波）以及變頻器自身產(chǎn)生的高次諧波干擾信號(hào)都會(huì)影響變頻器的正常運(yùn)行。四、變頻器日常維護(hù)要點(diǎn)變頻器的日常檢查變頻器日常檢查非常重要，檢查一般使用耳聽(tīng)、日測(cè)、觸感和氣味等。一般日常檢查的內(nèi)容有：（1） 周圍環(huán)境、溫度、濕度是否符合要求。（2） 進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口有無(wú)積灰，是否被積灰堵死。（3） 噪聲、振動(dòng)、氣味是否在正常范圍之內(nèi)。（4） 運(yùn)行參數(shù)及面板顯示是否正常。變頻器定期維護(hù)與保養(yǎng)變頻器運(yùn)行環(huán)境條件要求較高，其各種元器件也需要很高的精度，因此，對(duì)變頻器的維護(hù)和保養(yǎng)尤為重要，維護(hù)和保養(yǎng)內(nèi)容主要包括：（1） 定期檢查除塵。除塵時(shí)應(yīng)先切斷電源，待變頻器的儲(chǔ)能電容充分放電后再打開(kāi)機(jī)蓋，用毛刷或壓縮空氣對(duì)積灰進(jìn)行清理。除塵時(shí)，不要觸及機(jī)芯的元器件及微型開(kāi)關(guān)、接插件端子等。（2） 定期檢查電路的主要參數(shù)。如主電路和控制電路電壓是否正常；濾波電容是否漏液及容量是否下降等。此外面