變頻器論文完整版本

PAGE1許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院變頻器論文姓名：陳欣學(xué)號(hào)：14專業(yè)：機(jī)電一體化論文題目：變頻器的原理及其在使用中應(yīng)注意的問題指導(dǎo)教師：蘇江濤職稱：講師2011年12月10日目錄1.變頻器的原理……………………51.1變頻器的概念及組成………………51.2異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行原理……………………51.3變頻器的基本動(dòng)作及原理………61.4主電路控制圖……………………61.5控制電路圖…………………62.變頻器的優(yōu)點(diǎn)…………………62.1變頻器的功能與用途……………………72.2使用變頻器的優(yōu)點(diǎn)…………72.3常見的負(fù)載特性………73.變頻器使用中應(yīng)注意的問題…………………83.1變頻器的選型………………83.2變頻器的恒轉(zhuǎn)速負(fù)載………83.3變頻器的設(shè)定參數(shù)………93.4變頻器運(yùn)行時(shí)的過載跳?！?3.5電機(jī)空載是變頻器的狀況……………………94.變頻器的維護(hù)保養(yǎng)………………………104.1維護(hù)保養(yǎng)……………104.2日常維護(hù)與檢查……………104.3定期檢查……………114.4變頻器本身的保護(hù)……………11結(jié)論…………………………11參考文獻(xiàn)……………………12致謝…………………………13變頻器的原理及其在使用中應(yīng)注意的問題摘要變頻器的發(fā)展依托于電力電子技術(shù)的發(fā)展，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變頻技術(shù)在人們生活中的作用越來越大。變頻器集成了高壓大功率晶體管技術(shù)和電子控制技術(shù)，得到廣泛應(yīng)用。變頻器的作用是改變交流電機(jī)供電的頻率和幅值，因而改變其運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的周期，達(dá)到平滑控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器的出現(xiàn)，使得復(fù)雜的調(diào)速控制簡(jiǎn)單化，用變頻器+交流鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)組合替代了大部分原先只能用直流電機(jī)完成的工作，縮小了體積，降低了維修率，使傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展到新階段。變頻器可以優(yōu)化電機(jī)運(yùn)行，所以也能夠起到增效節(jié)能的作用。變頻器產(chǎn)生的熱量取決于變頻器容量及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)載，所以工作時(shí)必須保證變頻器的環(huán)境溫度，濕度滿足要求。變頻器的主電路.控制電路.制動(dòng)電阻的接線和配線必須正確合理，一旦接錯(cuò)，會(huì)造成原件損毀。關(guān)鍵詞：變頻器；異步電動(dòng)機(jī)；控制電力圖；設(shè)定參數(shù)；故障；保養(yǎng)一、變頻器的概念及組成1.1（1）變頻器的概念變頻器是一種用來改變交流電頻率的電氣設(shè)備。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”此外，它還具有改變交流電電壓的輔助功能。

1.1（2）變頻器的組成。

1、）主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，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。它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。（1）整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再轉(zhuǎn)。（2）平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波回路。

（3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時(shí)間使6個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型PWM逆變器為例示出開關(guān)時(shí)間和電壓波形。

2、）控制電路是給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”組成。1.2異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行原理

1-2異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行原理由轉(zhuǎn)速n二60f(1一、）/p可知，異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速有以下幾個(gè)方法。（1)改變磁極對(duì)數(shù)p（變極調(diào)速）定子磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)取決于定子繞組的結(jié)構(gòu)。所以，要改變p，必須將定子繞組制為可以換接成兩種磁極對(duì)數(shù)的特殊形式。通常，一套繞組只能換接成兩種磁極對(duì)數(shù)。變極調(diào)速的主要優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、機(jī)械特性較硬、效率高，既適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，又適用于恒功率調(diào)速；缺點(diǎn)是有極調(diào)速，且極數(shù)有限，因而只適用于不需平滑調(diào)速的場(chǎng)合。（2)改變轉(zhuǎn)差率：（變轉(zhuǎn)差率調(diào)速）以改變轉(zhuǎn)差率為目的的調(diào)速方法有定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速及串極調(diào)速等。①定子調(diào)壓調(diào)速。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，隨著電動(dòng)機(jī)定子電壓的降低，主磁通減少，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減少，轉(zhuǎn)子電流減少，轉(zhuǎn)子受到的電磁力減少，轉(zhuǎn)差率，增大，轉(zhuǎn)速減小，從而達(dá)到速度調(diào)節(jié)的目的；同理，定子電壓升高，轉(zhuǎn)速增加。調(diào)壓調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速平滑，采用閉環(huán)系統(tǒng)時(shí)，機(jī)械特性較硬，調(diào)速范圍較寬；缺點(diǎn)是低速時(shí)，轉(zhuǎn)差功率損耗較大，功率因素低，電流大，效率低。調(diào)壓調(diào)速既非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，也非恒功率調(diào)速，比較適合于風(fēng)機(jī)泵類特性的負(fù)載。分體機(jī)上的室內(nèi)風(fēng)機(jī)就是利用定子電壓調(diào)速的方法進(jìn)行調(diào)速的。根據(jù)風(fēng)機(jī)速度的反饋信號(hào)，控制晶閘管SCR導(dǎo)通的相角，從而控制風(fēng)機(jī)定子的輸人電壓，以控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)速。在空間位置上互差27r/3rad電度角的三相繞組通以在時(shí)間上互差27c/3rad相位角（或1/3周期）的三相交變電流可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。同樣，|<<<<<12345678910>>>>>|在空間位置上互差二/2rad電度角的兩相繞組通以在時(shí)間上互差7c/2rad相位角（或1/2周期）的兩相交變電流也可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電容C的作用就是把一相電流移相，以產(chǎn)生兩相在時(shí)間上互差二/2rad相位角（或112周期）的交變電流。在空間位置上互差n/2rad電度角的兩相繞組是由風(fēng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來保證的。②轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速。當(dāng)定子電壓一定時(shí)，電動(dòng)機(jī)主磁通不變，若減小定子電阻，則轉(zhuǎn)子電流增大，轉(zhuǎn)子受到的電磁力增大，轉(zhuǎn)差率減小，轉(zhuǎn)速降低；同理，增大定子電阻，轉(zhuǎn)速增加。轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備和線路簡(jiǎn)單，但其機(jī)械特性較軟，調(diào)速范圍受到一定的限制，且低速時(shí)轉(zhuǎn)差功率損耗較大，效率低，經(jīng)濟(jì)效益差。目前，轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速只在一些調(diào)速要求不高的場(chǎng)合采用。③電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速。異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的異步電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)，通過改變電磁轉(zhuǎn)差離合器的勵(lì)磁電流進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。電磁轉(zhuǎn)差離合器由電樞和磁極兩部分組成，二者之間沒有機(jī)械的聯(lián)系，均可自由旋轉(zhuǎn)。離合器的電樞與異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸相連并以恒速旋轉(zhuǎn)，磁極與工作機(jī)械相連。電磁轉(zhuǎn)差離合器的工作原理是：如果磁極內(nèi)勵(lì)磁電流為零，則電樞與磁極之間沒有任何電磁聯(lián)系，磁極與工作機(jī)械靜止不動(dòng)，相當(dāng)于負(fù)載被“脫離”；如果磁極內(nèi)通人直流勵(lì)磁電流，磁極即產(chǎn)生磁場(chǎng)，電樞由于被異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)，因而電樞與磁極之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而在電樞繞組中產(chǎn)生電流，并產(chǎn)生力矩，磁極將沿著電樞的運(yùn)動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)，此時(shí)負(fù)載相當(dāng)于被“合上”，調(diào)節(jié)磁極內(nèi)通人的直流勵(lì)磁電流就可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，能平滑調(diào)速，采用閉環(huán)控制后可擴(kuò)大調(diào)速范圍，適用于通風(fēng)類或恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載；缺點(diǎn)是低速時(shí)損耗大，效率低。1.3變頻器的基本動(dòng)作及原理

作為變頻器，通常采用三相逆變器。但這里為了簡(jiǎn)化電路，采用單相逆變器來說明電壓型、電流型、電壓控制、電流控制等逆變器的基本工作原理。作為主電路方式有電壓型變頻器和電流型變頻器。電壓型是將電壓源的直流電變換成交流電的變頻器，電流型是指將電流源的直流電變換為交流電的方式。下面用機(jī)械開關(guān)來說明其基本動(dòng)作。負(fù)載是異步電動(dòng)機(jī)，采用的等效電路（忽略IM、r1、r2），并為滯后功率因數(shù)負(fù)載。(一)電壓型電壓型逆變器的原理圖及其動(dòng)作，為單相橋式電壓型逆變器，如果使開關(guān)S1~S4像圖d那樣導(dǎo)通、關(guān)斷，那么負(fù)載電壓u就成為矩形波交流電壓，其大小等于直流電壓源電壓Ed，如圖b中實(shí)線所示。這里假定負(fù)載電流i由于負(fù)載電感的平滑作用為正弦波交流電流。(二)電流型電流型變頻器的原理及其動(dòng)作。其中單相橋式電流型逆變器。如果使開關(guān)S1～S4像圖d那樣導(dǎo)通、關(guān)斷，則負(fù)載電流i就變?yōu)榫匦尾ń涣麟?，大小等于直流電源電流Id，b中實(shí)線所示。負(fù)載電壓u由負(fù)載的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e決定，為正弦波形.a)電路構(gòu)成b)輸出電壓電流波形c)直流電壓波形（瞬時(shí)功率）d)S1、S2動(dòng)作、S3、S4動(dòng)作現(xiàn)在，使開關(guān)S1，S2導(dǎo)通，負(fù)載電流i從電流源經(jīng)圖示的路線①流出。在時(shí)刻t1關(guān)斷這兩個(gè)開關(guān)時(shí)，因?yàn)槭请娏髟?，?fù)載電流必須急速地反向，但是電感負(fù)載的電流不可能瞬時(shí)反向，在負(fù)載兩端需要有吸收電感儲(chǔ)存能量的電路。在吸收此能量期間，負(fù)載兩端將產(chǎn)生di/dt的尖峰電壓。的濾波是電容。1.4主電路控制圖給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。圖1示出了典型的電壓逆變器的例子。其主電路由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。另外，異步電動(dòng)機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，有時(shí)要附加“制動(dòng)回路”。圖：典型的電壓型逆變器一例1.5控制電路控制圖給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，稱為控制電路。如圖4所示，控制電路由以下電路組成，頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”。二、變頻器的優(yōu)點(diǎn)（1）變頻調(diào)速的節(jié)能由于采用變頻調(diào)速后，風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的節(jié)能效果最明顯，節(jié)電率可達(dá)到20%～60%，這是因?yàn)轱L(fēng)機(jī)水泵的耗用功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，當(dāng)用戶需要的平均流量較小時(shí)，風(fēng)機(jī)、水泵的轉(zhuǎn)速較低，其節(jié)能效果也是十分可觀。2）變頻調(diào)速在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方面的優(yōu)勢(shì)變頻調(diào)速很容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。只需要改變變頻器內(nèi)部逆變管的開關(guān)順序，即可實(shí)現(xiàn)輸出換相。三、變頻器使用中應(yīng)注意的問題變頻器的設(shè)定參數(shù)多，每個(gè)參數(shù)均有一定的選擇范圍，使用中常常遇到因個(gè)別參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致變頻器不能正常工作的現(xiàn)象。3.1外加起停按鈕及電位器調(diào)頻無效。變頻器出廠時(shí)設(shè)定為通過鍵盤面板操作，外部控制無效，端子FWD_CM用短接片短接。選擇外部起停及調(diào)頻控制時(shí)，必須將該短接片去掉。出現(xiàn)上面問題，可能是FWD，CM短接片未取掉，操作方式和調(diào)頻方式參數(shù)選擇錯(cuò)誤所致，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)該部分進(jìn)行檢查。3.2變頻器在電機(jī)空載時(shí)工作正常，但不能帶載起動(dòng)。這種問題常常出現(xiàn)在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。山西鋁廠一臺(tái)FRNl60P7。4EX變頻器在試車時(shí)電機(jī)空試正常、但一帶負(fù)荷即跳閘，提高了加減速時(shí)間后仍無法帶載。繼續(xù)檢查轉(zhuǎn)矩提升值，將轉(zhuǎn)矩提升值由“2”改為“7”后，提高了低頻時(shí)的電壓輸出。改善了低頻時(shí)的帶載特性，電機(jī)帶載正常。遇到上述問題時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查加、減速時(shí)間設(shè)定及轉(zhuǎn)矩提升設(shè)定值。3.3變頻器投入運(yùn)行、電機(jī)還未起動(dòng)就過載跳停。山西鋁廠一臺(tái)7．5kW_6極電機(jī)采用變頻控制，變頻器在投入運(yùn)行起動(dòng)時(shí)、頻繁跳停。經(jīng)查原設(shè)定時(shí)將偏置頻率設(shè)定為2H2、變頻器在接到運(yùn)行指令但未給出調(diào)頻信號(hào)之前、受控電機(jī)將一直接收2H2的低頻運(yùn)行指令而無法起動(dòng)。經(jīng)測(cè)定該電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流達(dá)到47A，約為電機(jī)額定電流3倍，變頻器過載保護(hù)動(dòng)作屬正常。改偏置頻率為0Hz，電機(jī)起動(dòng)正常。3.4頻率已經(jīng)達(dá)到較大值，但電機(jī)轉(zhuǎn)速仍不高。一臺(tái)新投用的變頻器頻率設(shè)置顯示已經(jīng)很大，但電機(jī)轉(zhuǎn)速明顯較同頻率下其它電機(jī)低。檢查頻率增益設(shè)定值為150％。由頻率設(shè)定信號(hào)增益定義可知：設(shè)定增益為設(shè)定模擬頻率信號(hào)對(duì)輸出頻率的比率，假設(shè)設(shè)定頻率為30Hz，實(shí)際輸出頻率僅為20H2。將設(shè)定增益改為100％后，問題得到解決。3.5頻率上升到一定數(shù)值，繼續(xù)向上調(diào)節(jié)時(shí)，頻率保持在一定值不斷跳躍，轉(zhuǎn)速不能提高。變頻器工作時(shí)，將自動(dòng)計(jì)算輸出轉(zhuǎn)矩，并將輸出轉(zhuǎn)矩限制在設(shè)定值內(nèi)。如果驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定值偏小，將可能因輸出轉(zhuǎn)矩受到限制，使變頻器輸出頻率達(dá)不到給定頻率。遇到上面的問題，應(yīng)檢查驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定值是否偏小，變頻器的容量是否偏小，