變頻器基本知識

變頻器基礎(chǔ)知識一、三相異步電動機變頻調(diào)速原理由電機拖動原理知，三相異步電動機的轉(zhuǎn)速表達式為：n=60f1（1-s）/p （1-1）式中n 異步電動機的轉(zhuǎn)速；f1——異步電動機定子繞組上交流電源的頻率；s——異步電動機轉(zhuǎn)差率；p 異步電動機極對數(shù)。由式（1-1）知，當轉(zhuǎn)差率s變化不大時，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。由電機學(xué)原理知，三相異步電動機定子繞組的反電動勢E的表達式為：E1=4.44f1N1KW10m （「2）式中E1——氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢的有效值；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——電機每極氣隙磁通。根據(jù)三相異步電動機的等效電路，由于4.44N1Kw均為常數(shù)，不計定子漏阻抗時有： 1U1f*m H-3）式中U1——電機定子電壓。由（】-3）可知，保持U1不變，當f1由基頻fN向下調(diào)節(jié)時，將會引起主磁通①m的增加。由于額定工作時電機的磁通已經(jīng)接近飽和，①m的繼續(xù)增大，將會使電動機磁路過分飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴重時會因繞組過熱而損壞電機，因此，為了使電機保持較好的運行性能，在向下調(diào)節(jié)f1的時候，①m必須保持不變，即保持U1/f1不變。通過以上分析可知：在基頻以下調(diào)頻時，調(diào)頻的同時也要調(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，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，電機負載能力下降。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，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，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。制動回路電動機在轉(zhuǎn)差率為負時，再生能量可用制動回路（開關(guān)和電阻）消耗。1.2控制電路控制電路是給系統(tǒng)電路提供控制信號的回路，具有設(shè)定和顯示運行參數(shù)、信號檢測、系統(tǒng)保護、計算與控制、驅(qū)動逆變管等作用。（1）主控電路：變頻器控制的核心是由單片機構(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、內(nèi)部的檢測信號、用戶的參數(shù)設(shè)定等送到CPU，經(jīng)CPU處理后，對變頻器進行相關(guān)控制。（2） 驅(qū)動電路：主要包括?咖信號分配電路、輸出信號電路等。主要作用是產(chǎn)生符合系統(tǒng)控制要求的驅(qū)動信號。（3） 保護及報警單元：變頻器通常都有故障自診斷功能和自保護功能。當變頻器出現(xiàn)故障或輸入、輸出信號異常時，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，用于對變頻器的參數(shù)設(shè)定和監(jiān)視變頻器當前工作狀態(tài)，并顯示故障代碼。（5） 檢測電路：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方式進行控制。逆變器的脈沖發(fā)生器同時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)定值來實現(xiàn)的，電動機的實際轉(zhuǎn)速要根據(jù)負載的大小，即轉(zhuǎn)差率的大小來決定。負載變化時，在不變條件下，電機轉(zhuǎn)速將隨負載轉(zhuǎn)矩變化而變化，故它常用于速度精度要求不十分嚴格或負載變動較小的場合。轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，無需速度傳感器，控制電路簡單，負載可能是通用的標準異步電動機，所以通用性強，經(jīng)濟性好，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、改善啟動性能，并避免不必要的過電流跳閘，就提出了轉(zhuǎn)差頻率控制方式。根據(jù)異步電動機穩(wěn)定數(shù)學(xué)模型可知，當頻率一定時，異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)差率，機械特性為直線。轉(zhuǎn)差頻率控制就是通過控制轉(zhuǎn)差頻率來控制轉(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機的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型上，動態(tài)性能指標不高。對于對動態(tài)性能要求較高的場合，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)速的動態(tài)性能。根據(jù)交流電動機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型、利用坐標變換手段，將交流電動機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，即模仿自然解耦的直流電動機控制方式，對電動機磁場和轉(zhuǎn)矩分別進行控制，以獲得類似于直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能。在矢量控制方式中，磁場電流和轉(zhuǎn)矩電流可以根據(jù)可測定的電動機定子電壓、電流的實際值經(jīng)計算求得。磁場電流和轉(zhuǎn)矩電流再與相應(yīng)的設(shè)定值相比較并根據(jù)需要進行必要的校正。矢量控制的主要優(yōu)點如下：1） 良好的速度追蹤性能；2） 速度控制可低至零速；3） 負載變化對調(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，直接在定子坐標系下計算與控制交流電動機的轉(zhuǎn)矩，采用定子磁場定向，借助于離散的兩點式調(diào)節(jié)產(chǎn)生PWM信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進行控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。它是一種控制結(jié)構(gòu)簡單、控制手段直接，具有高靜態(tài)、動態(tài)性能的交流調(diào)速方法。三、變頻器常見故障的原因及處理方法當變頻器出現(xiàn)故障時，一般將檢修的重點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)的方法檢測出來。變頻器常見故障的原因及處理方法如下：過電流故障過流故障可能是由于加減速時間太短、輸出端短路、負荷分配不均、負載發(fā)生突變等原因引起的。這時一般可通過延長加減速時間、對線路進行檢查、進行負荷分配調(diào)整、減少負載突變或外加能耗制動元件進行處理。如果斷開負載還是過電流故障，則說明變頻器逆變電路已壞，需更換變頻器。過電壓故障過電壓故障可能是由于減速時間太短、出現(xiàn)負負載（由負載帶動旋轉(zhuǎn)）電源電壓過高等原因引起的。此時可以通過延長減速時間、調(diào)整負載情況、切斷電源等方法進行處理。如果延長減速時間仍不能解決問題，選用制動電阻（單元）。過載故障過載故障包括變頻器過載和電機過載，其可能是加速時間太短、直流制動量過大、電網(wǎng)電壓太低、負載過重等原因引起的?？赏ㄟ^延長加速時間、延長制動時間、檢查電網(wǎng)電壓等方法處理。如果是負載過重，可能是所選電機和變頻器不能拖動該負載，也可能是機械潤滑不好引起的，若是前者，則必須更換大功率電機或變頻器，若是后者，則要對生產(chǎn)機械進行檢修。對地短路故障對地短路故障可能是電機絕緣老化、負載側(cè)接觸不良等原因引起的，檢查電機和負載側(cè)接線是否與地線之間有短路。溫度過高故障故障原因可能是冷卻風(fēng)扇故障、環(huán)境溫度過高、過濾網(wǎng)堵塞，可以通過更換冷卻風(fēng)扇、降低環(huán)境溫度、清洗過濾網(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（如容量較大的品閘管換流設(shè)備，電力補償電容等電網(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都會影響變頻器的正常運行。四、變頻器日常維護要點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、日測、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） 進風(fēng)口和出風(fēng)口有無積灰，是否被積灰堵死。（3） 噪聲、振動、氣味是否在正常范圍之內(nèi)。（4） 運行參數(shù)及面板顯示是否正常。變頻器定期維護與保養(yǎng)變頻器運行環(huán)境條件要求較高，其各種元器件也需要很高的精度，因此，對變頻器的維護和保養(yǎng)尤為重要，維護和保養(yǎng)內(nèi)容主要包括：（1） 定期檢查除塵。除塵時應(yīng)先切斷電源，待變頻器的儲能電容充分放電后再打開機蓋，用毛刷或壓縮空氣對積灰進行清理。除塵時，不要觸及機芯的元器件及微型開關(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