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變頻器的原理及應(yīng)用中常見(jiàn)的問(wèn)題

分類:技術(shù)中心 1467人瀏覽 2017-01-06
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變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù),通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。變頻器靠?jī)?nèi)部IGBT的開(kāi)斷來(lái)調(diào)整輸出電源的電壓和頻率,根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓,進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的,另外,變頻器還有很多的保護(hù)功能,如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高,變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。


變頻器的工作原理

概述

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


整流器

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)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。


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。


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(kāi)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(kāi)關(guān)時(shí)間和電壓波形。


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、運(yùn)算電路:將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算,決定逆變器的輸出電壓、頻率。

2、電壓、電流檢測(cè)電路:與主回路電位隔離檢測(cè)電壓、電流等。

3、驅(qū)動(dòng)電路:驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。

4、速度檢測(cè)電路:以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測(cè)器(tg、plg等)的信號(hào)為速度信號(hào),送入運(yùn)算回路,根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。

5、保護(hù)電路:檢測(cè)主電路的電壓、電流等,當(dāng)發(fā)生過(guò)載或過(guò)電壓等異常時(shí),為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞


變頻器應(yīng)用時(shí)常見(jiàn)的九大問(wèn)題

1、信號(hào)線及控制線應(yīng)選用屏蔽線,這樣對(duì)防止干擾有利。當(dāng)線路較長(zhǎng)時(shí),例如距離躍100m,導(dǎo)線截面應(yīng)放大些。信號(hào)線及控制線不要與動(dòng)力線放置在同一電纜溝或橋架中,以免相互干擾,最好穿管放置,這樣更合適。


2、傳輸信號(hào)以選用電流信號(hào)為主,因電流信號(hào)不容易衰減,亦不容易受干擾。實(shí)際應(yīng)用中傳感器輸出的信號(hào)是電壓信號(hào),可以通過(guò)變換器將電壓信號(hào)變換成電流信號(hào)。


3、變頻器閉環(huán)控制一般都是正作用的,即輸入信號(hào)大,輸出量亦大(例如中央空調(diào)制冷工作時(shí)及一般壓力、流量、溫度等控制時(shí))。但亦有反作用的,即輸入信號(hào)大,輸出量反?。ɡ缰醒肟照{(diào)在制熱工作時(shí)以及供熱站的取暖熱水泵)。閉環(huán)控制如圖1所示。


4、在閉環(huán)控制時(shí)能選用壓力信號(hào)的,就不要選用流量信號(hào)。這是因?yàn)閴毫π盘?hào)傳感器價(jià)格低,安裝容易,工作量小,調(diào)試方便。但工藝過(guò)程有流量配比要求的,且要求精確時(shí),那就必須選用流量控制器,并根據(jù)實(shí)際的壓力、流量、溫度、介質(zhì)、速度等來(lái)選用合適的流量計(jì)(例如電磁式、靶式、渦街式、孔板式等)。


5、變頻器內(nèi)置的PLC、PID功能適合用于信號(hào)變動(dòng)量較小、較穩(wěn)定的系統(tǒng)。但由于內(nèi)置的PLC、PID功能在工作時(shí)只調(diào)時(shí)間常數(shù),所以難以得到較為滿意的過(guò)度過(guò)程要求,而且調(diào)試比較費(fèi)時(shí)。


另外這種調(diào)節(jié)不是智能的,故一般不經(jīng)常采用,而是選用外置的智能化的PID調(diào)節(jié)器。例如日本富士PXD系列、廈門安東等,十分方便。使用時(shí)只要設(shè)置SV(上限值),工作時(shí)有PV(運(yùn)行值)指示,又是智能化,保證具有最佳的過(guò)渡過(guò)程條件,使用較為理想。關(guān)于PLC,可按控制量的性質(zhì)、點(diǎn)數(shù)、數(shù)字量、模擬量、信號(hào)處理等要求,選用外置PLC的各種品牌,例如西門子的S7-400、S7-300、S7-200等。


6、信號(hào)變換器在變頻器外圍電路中亦被經(jīng)常用到,一般由霍爾元件加電子線路組成。按信號(hào)變換和處理方式可分為電壓變電流、電流變電壓、直流變交流、交流變直流、電壓變頻率、電流變頻率、一進(jìn)多出、多進(jìn)一出、信號(hào)疊加、信號(hào)分路等各種變換器。例如深圳的圣斯?fàn)朇E-T系列電量隔離傳感器/變送器,應(yīng)用十分方便。國(guó)內(nèi)類似產(chǎn)品不少,用戶可按需要自行選擇應(yīng)用。


7、變頻器在應(yīng)用時(shí)往往要配外圍電路,其方式常有:

(1)由自制繼電器等控制元件組成的邏輯功能電路;

(2)買現(xiàn)成的單元外置電路(例如日本三菱公司的);

(3)選用簡(jiǎn)易可編程控制器LOGO(國(guó)外、國(guó)內(nèi)都有此產(chǎn)品);

(4)使用變頻器不同功能時(shí),可選用功能卡(例如日本三墾變頻器);

(5)選用中小型可編程序控制器。


8、多臺(tái)水泵并聯(lián)恒壓供水(例如城市自來(lái)水廠的清水泵、中大型水泵站、供熱水中心站等)的變頻技術(shù)改造方案常見(jiàn)的有以下兩種。

按使用經(jīng)驗(yàn),方案(1)節(jié)省初投資,但節(jié)能效果差。起動(dòng)時(shí)先起動(dòng)變頻器至50Hz后,再起動(dòng)工頻,后轉(zhuǎn)入節(jié)能控制。供水系統(tǒng)中只有采用變頻器拖動(dòng)的水泵,壓力略小些,系統(tǒng)存在湍流現(xiàn)象,有損耗。方案(2)投資較大,但比方案(1)多節(jié)能20%,猿臺(tái)泵壓力一致,無(wú)湍流損耗,效果更佳。


9、多臺(tái)水泵并聯(lián)恒壓供水時(shí)采用信號(hào)串聯(lián)方式只用一個(gè)傳感器,其優(yōu)點(diǎn)如下。

(1)節(jié)省成本。只要一套傳感器及PID,如圖4所示。

(2)因只有一個(gè)控制信號(hào),所以輸出頻率一致,即同頻率,這樣壓力亦一致,不存在湍流損耗。

(3)恒壓供水時(shí),當(dāng)流量變化,泵的開(kāi)動(dòng)臺(tái)數(shù)通過(guò)PLC控制隨之變化。最少時(shí)1臺(tái),中等量時(shí)2臺(tái),較大量時(shí)3臺(tái)。當(dāng)變頻器不工作停機(jī)時(shí),電路(電流)信號(hào)是通路的(有信號(hào)流入,無(wú)輸出電壓、頻率)。

(4)更有利的是,因?yàn)橄到y(tǒng)只有一個(gè)控制信號(hào),即使3臺(tái)泵投入不同,但工作頻率卻相同(即同步),壓力亦一致,這樣湍流損耗為零,亦即損耗最小,所以節(jié)電效果最佳。

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