變頻器培訓(xùn)資料

變頻器培訓(xùn)資料通用變頻器原理什么是變頻器？簡單的說，變頻器就是利用電力半導(dǎo)體的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻調(diào)速也就是通過改變電動機(jī)的供電頻率來進(jìn)行調(diào)速的一種方式。一、概述經(jīng)過30年的發(fā)展，目前交流調(diào)速電氣傳動已經(jīng)上升為電氣調(diào)速傳動的主流。在電氣調(diào)速傳動領(lǐng)域內(nèi)，由直流電動機(jī)占統(tǒng)治地位的局面已經(jīng)受到猛烈的沖擊?？梢韵嘈?，在不久的將來交流調(diào)速電氣傳動將完全取代直流調(diào)速電氣傳動。傳動已經(jīng)從最初的只能用于風(fēng)機(jī)、泵類的調(diào)速過度針對高精度、快響應(yīng)的高性能指標(biāo)的調(diào)速控制。從性能價格比的角度看，交流調(diào)速裝置已經(jīng)優(yōu)于直流調(diào)速裝置。目前人們所說的交流調(diào)速傳動，只要是指采用電子式電力變換器對交流電動機(jī)的變頻調(diào)速傳動。除變頻以外的另一些簡單的調(diào)速方案，例如變極調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等，雖然仍在特定場合有一定的應(yīng)用，但由于其性能較差，終將會被變頻調(diào)速所取代。二、變頻調(diào)速概況眾所周知，直流調(diào)速系統(tǒng)具有較為優(yōu)良的靜、動態(tài)性能指標(biāo)。在很長的一個歷史時期內(nèi)，調(diào)速傳動領(lǐng)域基本上被直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所壟斷。直流電動機(jī)雖有調(diào)速性能好的優(yōu)越，但也有一些固有的難于克服的缺點，主要是機(jī)器式換向帶來的弊端。其缺點是：①維修工作量大，事故率高；②容量、電壓、電流和轉(zhuǎn)速的上限值，均受到換向條件的制約，在一些大容量、特大容量的調(diào)速領(lǐng)域中無法應(yīng)用；③使用環(huán)境受限，特別是在易燃易爆場合難于應(yīng)用。而交流電動機(jī)有一些固有的優(yōu)點：①容量、電壓、電流合轉(zhuǎn)速的上限，不像直流電動機(jī)那樣受限制；②結(jié)構(gòu)簡單、造價低；③堅固耐用，事故率低，容易維護(hù)。他的最大缺點是調(diào)速的理論問題的突破和調(diào)速裝置（主要是變頻器）性能的完善，交流電動機(jī)調(diào)速響應(yīng)差的缺點已經(jīng)得到了克服。目前，交流調(diào)速系統(tǒng)的性能已經(jīng)可以和直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵，甚至可以超過直流系統(tǒng)。早期的變頻調(diào)速系統(tǒng)，基本上式采用U/F控制方式，無法得到快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，低速特性也不好。1971年德國西門子公司發(fā)明了所謂“矢量控制”技術(shù)。改掉過去傳統(tǒng)方式中僅對交流電量的量值（電壓、電流、頻率的量值）進(jìn)行控制的方法，實現(xiàn)了在控制量值的同時也控制其相位的新控制思想。使用坐標(biāo)變換的辦法，實現(xiàn)定子電流的磁場分量和轉(zhuǎn)矩分量的解耦控制，可以使交流電動機(jī)像直流電動機(jī)一樣具有良好的調(diào)速性能。其性能指標(biāo)已經(jīng)完全可以做到與直流調(diào)速系統(tǒng)一樣，甚至有所超過，完全可以取代直流調(diào)速系統(tǒng)。90年代初采用了交-一交變頻矢量控制系統(tǒng)，到目前開始采用交---直---交電壓型變頻器的矢量控制系統(tǒng)。實踐證明，它完全可以滿足生產(chǎn)工藝的要求，達(dá)到了已往直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)。三、全數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)用各類電氣傳動裝置的控制器由模擬控制轉(zhuǎn)向全數(shù)字控制，已經(jīng)成為事實。交流調(diào)速傳動也不例外，采用全數(shù)字控制方式的各類交流調(diào)速傳動控制系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，其性能也得到了很大的改善。由變頻器供電的調(diào)速系統(tǒng)是一個快速系統(tǒng)，在使用數(shù)字控制時要求的采樣頻率較高，通常高于1KHz，常需要完成復(fù)雜的操作控制、數(shù)字運算和邏輯判斷，所以要求單片機(jī)具有較大的存儲容量和較強(qiáng)的實時處理能力。前段時間內(nèi)，較為流行的方案是采用數(shù)片單片機(jī)來構(gòu)成一個功能較強(qiáng)的全數(shù)字控制器。實用中單片機(jī)的數(shù)量根據(jù)具體任務(wù)適當(dāng)選配。全數(shù)字控制方式，使信息處理能力大幅度地增強(qiáng)。采用模擬控制方式無法實現(xiàn)的復(fù)雜控制在今天都已成為現(xiàn)實，使可靠性、可操作性、可維修性的功能得以充實。微處理機(jī)和大規(guī)模集成電路的引入，對于變頻器的通用化起到了決定性的作用。全數(shù)字控制具有如下特點：精度高 數(shù)字計算機(jī)的精度與字長有關(guān)，變頻器中使用16位乃至32位微型機(jī)作為控制機(jī)，精度在不斷提高。穩(wěn)定性好由于控制信息為數(shù)字量，不會隨時間發(fā)生漂移。與模擬控制不同，它一般不會隨溫度和環(huán)境條件發(fā)生變化。可靠性高微型計算機(jī)采用大規(guī)模集成電路，系統(tǒng)中的硬件電路數(shù)量大為減少，相應(yīng)的故障率大大降低。靈活性好系統(tǒng)中硬件向標(biāo)準(zhǔn)化、集成化方向發(fā)展，可以在盡可能少的硬件支持下，由軟件去完成復(fù)雜的控制功能。適當(dāng)?shù)匦薷能浖?，就可以改變系統(tǒng)的功能或提高其性存儲能力強(qiáng)存儲容量大，存放時間幾乎不受限制，這是模擬系統(tǒng)不能比擬的。利用這一特點可在存儲器中存放大量的數(shù)據(jù)或表格，利用查表法簡化計算，提高運算速度。邏輯運算能力強(qiáng)容易實現(xiàn)自診斷、故障記錄、故障尋找等功能，使變頻裝置可靠性、可使用性、可維修性大大提高。四、變頻器基本構(gòu)成：變頻器的基本構(gòu)成：由主電路（整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制電路組成，分述如下：1、整流器電網(wǎng)側(cè)的變流器I是整流器，它的作用是把三相交流電整流成直流電。2、逆變器負(fù)載側(cè)的變流器II為逆變器。它主要是控制主開關(guān)器件的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流電輸出。3、 中間直流環(huán)節(jié)由于逆變器的負(fù)載為異步電動機(jī)，屬于感性負(fù)載。無論電動機(jī)處于電動或發(fā)電制動狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會為1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機(jī)之間總會有無功功率的交換。這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件（電容器或電抗器）來緩沖。所以又常稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲能環(huán)節(jié)。4、 控制電路控制電路常由運算電路、檢測電路、控制信號的輸入、輸出電路和驅(qū)動電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等?？刂品椒ú捎媚M控制和數(shù)字控制。高性能的變頻器目前已經(jīng)采用微型計算機(jī)進(jìn)行全數(shù)字控制，采用盡可能感簡單的硬件電路，主要靠軟件來完成各種功能。由于軟件的靈活性，數(shù)字控制方式?？梢酝瓿赡M控制方式難以完成的功能。五、變頻器的分類1、 按直流電源的性質(zhì)分類：1）電流型變頻器中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用大電感來緩沖，由于電感的作用，直流電流趨于平穩(wěn)，電動機(jī)的電流波形為方波或階梯波。直流電源的內(nèi)阻較大，近似于電流源，故稱為電流源型變頻器或電流型變頻器。這種電流型變頻器，其逆變器中晶閘管。每周期內(nèi)工作120，屬于120導(dǎo)電型。2） 電壓型變頻器中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用大電容，負(fù)載的無功功率將由它來緩沖。主電路直流電壓ED比較平穩(wěn)，電動機(jī)端的電壓為方波或階梯波。直流電源內(nèi)阻比較小，相當(dāng)于電壓源，故稱為電壓源變頻器或電壓型變頻器。2、 按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分類1）PAM脈沖幅值調(diào)節(jié)方式，是通過改變直流電壓的幅值進(jìn)行調(diào)壓的方式。2）PWM方式脈沖寬度調(diào)制方式變頻器中的整流器采用不可控的二極管整流電路。變頻器的輸出頻率和輸出電壓的調(diào)節(jié)均由逆變器按PWM方式來完成。3）高載波頻率的PWM方式這種方式與上面2條所描述PWM方式的區(qū)別僅在于調(diào)制頻率有很大的提高。主開關(guān)的工作頻率較高，普通的功率晶體管已經(jīng)不能適應(yīng)，常采用開關(guān)頻率較高的IGBT。因為開關(guān)頻率達(dá)到10-20KHZ，可以使電動機(jī)的噪聲大幅度降低(達(dá)到了人耳難以感知的頻段)。3、 按控制方式分類1)U/f控制按照頻率、電壓的關(guān)系對變頻器的頻率、電壓進(jìn)行控制。2)轉(zhuǎn)差頻率控制在沒有任何措施的情況下，U/f控制方式下年，如果負(fù)載發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速也會隨之變化，轉(zhuǎn)速的變化量與轉(zhuǎn)差率成正比。3)矢量控制根據(jù)交流電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型、利用坐標(biāo)變換的手段，將交流電動機(jī)的定子電流分解成磁場分量電流和轉(zhuǎn)矩分量電流，并分別加以控制。采用矢量控制的目的，主要是為了提高變頻調(diào)速的動態(tài)性能。4、 按主開關(guān)器件分類IGBT、GTO、BJTIGBT變頻器的特點：1)可以制成所謂靜音式變頻器，使負(fù)載電動機(jī)的噪聲降到工頻電網(wǎng)供電時的水平。2)電流波形更加正弦化，有利于減輕電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的脈動，并增加低速時的轉(zhuǎn)矩。4)用于矢量控制時，動態(tài)響應(yīng)特性更快。與BJT變頻器相比較，更容易制成上限頻率較高的變頻器。PWM控制方式更簡單，可以省去“分段同步調(diào)制”的麻煩。5)與BJT變頻器相比較，驅(qū)動電路簡單，整機(jī)體積小，重量輕。六、變頻器傳動中的制動狀態(tài)1、動力制動利用設(shè)置在直流回路中的制動電阻吸收電動機(jī)的再生電能的方式稱為動力制動。2、 回饋制動將電動機(jī)再生制動時回饋到直流側(cè)的有功能量回饋到交流電網(wǎng)。3、直流制動通用變頻器向