变频器知识 天津华通主动化操控有限公司 变频器的界说 ? 变频器是沟通电气传动体系的 一种,是将沟通工频电源转换成电 压、频率均可变的合适沟通电机调 速的电力电子改换设备。 ? 英文简称VVVF ( Variable Voltage Variable Frequency） 变频器的操控目标 ? 三相沟通异步电机和三相交 流同步电机，规范适配电机极 数是2/4极 ? 变频器一般包括2个组成部分：整流器 （rectifier [‘rektifaie]）和逆变器（Inverter [in’ve:te]）。其间，整流器将输入的沟通电 转换为直流电，逆变器将直流电再转换成 所需频率的沟通电。 ? 沟通低压交直交通用变频器体系框图 ～ 整流部分 储能环节 逆变部分 M 沟通 直流 直流 沟通 操控体系 ? 除了这2个部分之外，变频器还有或许包 含变压器和电池。其间，变压器用来改动 电压并能够阻隔输入/输出的电路，电池用 来补偿变频器内部线路上的能量丢失。 变频器的构成 ? 变频器主要是由主电路、操控电路组成。 ? 主电路是给电动机供给调压、调频电源 的电力改换部分。 ? 变频器的主电路大体上可分为两类:电压 型是将电压源的直流改换为沟通的变频器， 直流回路的滤波是电容；电流型是将电流 源的直流改换为沟通的变频器，其直流回 路滤波是电感。 主电路由三部分构成 ? 1、将工频电源改换为直流功率的 “整流器”； ? 2、吸收在变流器和逆变器发生的电压脉动的 “平波回路”； ? 3、以及将直流功率改换为沟通功率的 “逆变器”。 ? （1）整流器：近年来很多运用的是二极管的变流器，它 把工频电源改换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构 成可逆变流器，因为其功率方向可逆，所以能够进行再生 作业。 ? （2）平波回路：在整流器整流后的直流电压中，含有电 源6倍频率的脉动电压，此外逆变器发生的脉动电流也使 直流电压改动。为了按捺电压动摇，选用电感和电容吸收 脉动电压（电流）。设备容量小时，假如电源和主电路构 成器材有余量，能够省去电感选用简略的平波回路。 ? （3）逆变器：同整流器相反，逆变器是将直流功率改换 为所要求频率的沟通功率，以所确认的时间使6个开关器 件导通、关断就能够得到3相沟通输出。 操控电路的组成 ? 操控电路是给电动机供电（电压、频率可 调）的主电路供给操控信号的回路。 ? 它有频率、电压的“运算电路”； ? 主电路的“电压、电流检测电路”； ? 电动机的“速度检测电路”； ? 将运算电路的操控信号进行扩大的“驱动电 路”； ? 以及逆变器和电动机的“维护电路”组成。 ? （1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路 的电流、电压信号进行比较运算，决议逆变器的输出电压、 频率。 ? （2）电压、电流检测电路：与主回路电位阻隔检测电压、 电流等。 ? （3）驱动电路：驱动主电路器材的电路。它与操控电路 阻隔使主电路器材导通、关断。 ? （4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测 器(tg、plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，依据指 令和运算可使电动机按指令速度作业。 ? （5）维护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载 或过电压等反常时，为了避免逆变器和异步电动机损坏， 使逆变器间断作业或按捺电压、电流值。 变频器的构成—用户接口 操控回路接口 开关量输入 开关量输出 编码器接口 操控回路接口 模拟量输入 模拟量输出 通讯接口 主回路接口 变频器的构成—主回路接口 RST POWER SUPPLY P1 (+) PB (-) U V W PE MOTOR 制动电阻 工频电网输入 380V 3PH/220V 3PH 220V 1PH 直流电抗器 三相沟通电机 变频器的构成—操控回路接口 接口类型 主要特点 主要功用 开关量输入 无源输入，一般由变频 器内部24V供电， 启/停变频器，接纳编码器信号、多 段速、外部毛病等信号或指令 开关量输出 集电极开路输出、继电 变频器毛病、安排妥当、达速等，参加外 器输出 部操控 模拟量输入 0-10V/4-20mA 频率给定/PID给定、反应，接纳来自 外部的给定或操控 模拟量输出 0-10V/4-20mA 作业频率、作业电流的输出，用于外 界显现外表和外部设备操控 脉冲输出 PWM波输出 功用同模拟量输出（只需单个变频器 供给） 通讯口 RS485/RS232 组网操控 以上端子均可自在编程 变频器维护功用 因为变频器很多的运用了各种半导体器材，如整流桥、IGBT、电解电容等， 要想确保变频器长时间安稳作业，则有必要确保各器材作业在其答应条件下。超出 条件则有必要马上或延时间断变频器作业，待反常条件消失后才干重新开端作业， 如维护失效或动作推迟将导致变频器呈现不行康复性危害。 维护类型 原因 缺相 输入缺相 输出缺相 输入电压值相差超越答应值 输出电流三相不平衡 过流 加速/减速/恒速 超越变频器答应的最大电流（2倍额外） 过载 超越变频器答应的过载规模 过压 加速/减速/恒速 直流母线电压超越答应值 过热 散热器温度超越答应值 欠压 电网电压过低 变频器在运用中是三类负载(详) ? 速度 恒转矩负载 恒功率负载 变转矩负载 T负载转矩 冲突恒转矩 出产流水线 起重行走 势能恒转矩 电梯 起重机前进 负载转矩巨细于与转速无关 恒功率 变转矩 （速度越低， （速度越低，负载 负载转矩越大） 转矩越小） 机床 风机水泵 开卷机/收卷机 恒转矩负载 ? 负载转矩TL与转速n无关，任何转速下TL总保 持安稳或根本安稳。例如传送带、搅拌机，揉捏 机等冲突类负载以及吊车、前进机等位能负载都 归于恒转矩负载。 ? 变频器拖动恒转矩性质的负载时，低速下的转 矩要满意大，而且有满意的过载才能。 ? 假如需求在低速下稳速作业，应该考虑规范电 动机的散热才能，避免电动机的温升过高。 f = 50 Hz + ~ 整流器 – f1、U1 可调 逆变器 M 3~ 变频调速设备 (1) f1 f1N 低于额外转速调速 由 U1= 4.44 f1N1 知，若 坚持不变，应坚持 U1 f1 的比值近似不变，所以两者要成份额一起调理。 又电磁转矩 T = KT I2cos2，T 也近似不变，是恒 转矩调速。 恒功率负载 ? 机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生 产线中的卷取机、开卷机等要求的转矩大 体与转速成反比，这便是所谓的恒功率负 载。 ? 负载的恒功率性质应该是就必定的速度 改动规模而言的。当速度很低时，受机械 强度的约束，TL不或许无限增大，在低速 下转变为恒转矩性质。 f = 50 Hz + ~ 整流器 – f1、U1 可调 逆变器 M 3~ 变频调速设备 (2) f1 f1N，高于额外转速调速，应坚持 U1 U1N， 由 U1 = 4.44 f1N1 知，在减小 f1 一起 减小。 又电磁转矩 T = KT I2cos 2， T 也减小，是恒功 率调速。 负载的恒功率和恒转矩差异 ? 负载的恒功率区和恒转矩区对传动计划的挑选 有很大的影响。 ? 电动机在恒磁通调速时，最大容许输出转矩不 变，归于恒转矩调速；而在弱磁调速时，最大容 许输出转矩与速度成反比，归于恒功率调速。 ? 假如电动机的恒转矩和恒功率调速的规模与负 载的恒转矩和恒功率规模相一致时，即所谓匹配 的状况下，电动机的容量和变频器的容量均最小。 风机、泵类负载 ? 在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的滚动， 空气或液体在必定的速度规模内所发生的阻力大 致与速度n的2次方成正比。跟着转速的减小，转 矩按转速的2次方减小。这种负载所需的功率与 速度的3次方成正比。 ? 当所需风量、流量减小时，运用变频器经过调 速的办法来调理风量、流量，能够大幅度地节省 电能。因为高速时所需功率随转速增加过快，与 速度的三次方成正比，所以一般不该使风机、泵 类负载超工频作业。 变频器的运用 ? 变频器除了能够用来改动沟通电源的频率之外， 还能够用来改动沟通电动机的转速和扭矩。在该 运用环境下，最典型的变频器结构是三相二级电 压源变频器。该变频器经过半导体开关和脉冲宽 度调制（PWM）来操控各相电压。 ? 变频调速技能因具有显着的节电作用、便利的 调速办法、较宽的调速规模、作业牢靠、完善的 维护功用等长处而被广泛运用。 发动办法 从发动频率发动 变频器输出由0直接改动为发动频率对应的沟通电压，然后在此根底上依照 加速曲线逐步前进输出频率和输出电压直到设定频率抵达。 注：发动频率不宜过大，不然会形成发动冲击或过流 先制动后从发动频率再发动 变频器先给电机通脉冲直流，使电机坚持在间断状况，然后再依照从发动 频率办法直接发动。 注：一般运用在负载初始状况不确认的场合 转速盯梢发动 直接将正在自在旋转的电机或负载由当时速度驱动到预订速度 注：十分适用于水泵的工频变频切换或重要设备的反常停机后的快速康复 泊车办法 减速泊车 变频器接到间断指令后依照减速时间对应曲线后停机。 注：这种办法最常用，当直流母线电压过高时会主动发动能耗制动，此刻需 装备制动单元，不然会报减速过电压 自在泊车 变频器接到作业间断指令后，马上间断输出，负载靠天然阻力间断。 注：变频器毛病时的泊车办法便是自在泊车 减速＋直流制动泊车 变频器接到作业间断指令后，依照减速时间对应曲线逐步削减输出频率，当 抵达某一预设频率，即开端直流制动（通脉冲直流）泊车，避免电机匍匐 注：关于大惯量负载或有定位要求的场合十分适用 正弦双变频器在拉丝机上的运用 ? 工艺要求： ? 要求拉丝与收线同步，张力安稳，发动停机不断线。 ? 项目施行成果： ? 设备选用正弦变频器后，使整机功用有较大前进： ? 低速穿模、高速拉丝彼此独立，拉丝进程节能、高效； ? 无转速死区，低速1Hz额外转矩平稳输出，穿模、试机零材 料损耗； ? 依据拉丝线材实践负载改动主动调理,变频器的输出功率，保 持其安稳，重载发动平稳不过载； ? 完成主动识别收线盘卷径、主动识别机械传动比主动识别线 缆的线径、主动调整PID参数、主动盯梢主机速度。主动跟 踪拉丝线速度，张力平衡杆根本维持在平衡杆中点方位。 ? 不管空盘、半盘、满盘；不管粗线、细线；不管低速、中速、 高速，张力一直安稳。 风机上的运用 变频器选用高精度调理电位器来给定输出频率， 依据需求的风量在现场调速。电位器经过屏蔽线 与变频器操控器衔接，而且设置了低通滤波器以 前进操控精度。经过端口的输出频率信号作为现 场监控。因为选用了电气互锁设备，使体系不会 呈现误操作等意外事故。 项目的最大含义是节能。与原有的工频驱动方 式比较，风机功率安稳在抱负的规模内，电动机 能耗大大下降。特别是机组低负荷作业时，作用 更显着。一起前进了牢靠性，延伸了电机寿数。 别的，因为风门全开，削减了风道的振荡与磨损， 前进了机械寿数。 变频器实践运用中的运用误区 误区1、运用变频器都能节电 ? 一些文献声称变频调速器是节电操控产 品，给人的感觉是只需运用变频调速器都 能节电。 ? 实践上，变频调速器之所以能够节电， 是因为其能对电动机进行调速。假如说变 频调速器是节电操控产品的话，那么一切 的调速设备也都能够说是节电操控产品。 变频调速器只不过比其它调速设备功率和 功率因数略高算了。 ? 变频调速器能否完成节电，是由其负载的 调速特性决议的。关于离心风机、离心水 泵这类负载，转矩与转速的平方成正比， 功率与转速的立方成正比。只需本来选用 阀门操控流量，且不是满负荷作业，改为 调速作业，均能完成节电。当转速下降为 本来的80%时，功率只需本来的51.2%。 可见，变频调速器在这类负载中的运用， 节电作用最为显着。 ? 关于风机这类负载，转矩与转速的巨细无关， 即恒转矩负载。 ? 若本来选用放风阀放走剩余风量的办法调理风 量，改为调速作业，也能完成节电。当转速下降 为本来的80%时，功率为本来的80%。比在离心 风机、离心水泵中的运用节电作用要小得多。 ? 关于恒功率负载，功率与转速的巨细无关。 ? 例：水泥厂恒功率负载，如配料皮带秤，在设定 流量必定的条件下，当料层厚时，皮带速度减慢； 当料层薄时，皮带速度加速。变频调速器在这类 负载中的运用，不能节电。 ? 与直流调速体系比较，直流电动机比交 流电动机功率高、功率因数高，数字直流 调速器与变频调速器功率平起平坐，乃至 数字直流调速器比变频调速器功率略高。 ? 所以，声称运用沟通异步电动机和变频 调速器比运用直流电动机和直流调速器要 节电，理论和实践证明，这是不正确的。 误区2、变频器的容量挑选以电动机 额外功率为依据 ? 相关于电动机来说，变频调速器的价格 较贵，因而在确保安全牢靠作业的前提下， 合理地下降变频调速器的容量就显得十分 有含义。 ? 一般状况下变频调速器的功率指的是它适用的4极沟通 异步电动机的功率。 ? 因为同容量电动机，其极数不同，电动机额外电流不 同。跟着电动机极数的增多，电动机额外电流增大。变频 调速器的容量挑选不能以电动机额外功率为依据。一起， 关于本来未选用变频器的改造项目，变频调速器的容量选 择也不能以电动机额外电流为依据。这是因为，电动机的 容量挑选要考虑最大负荷、殷实系数、电动机标准等要素， 往往殷实量较大，工业用电动机常常在50%～60%额外负 荷下作业。若以电动机额外电流为依据来挑选变频调速器 的容量，留有殷实量太大，形成经济上的糟蹋，而牢靠性 并没有因而得到前进。 ? 关于鼠笼式电动机，变频调速器的容量 挑选应以变频器的额外电流大于或等于电 动机的最大正常作业电流1.1倍为准则，这 样能够最大极限地节省资金。关于重载起 动、高温环境、绕线式电动机、同步电动 机等条件下，变频调速器的容量应恰当加 大。 ? 关于一开端就选用变频器的规划中，变 频器容量的挑选以电动机额外电流为依据 无可厚非。这是因为此刻变频器容量不能 以实践作业状况来挑选。当然，为了削减 出资，在有些场合，也可先不确认变频器 的容量，等设备实践作业一段时间后，再 依据实践电流进行挑选。 变频开展剖析（略） ? 变频器是运动操控体系中的功率改换器。 当今的运动操控体系是包括多种学科的技 术范畴，总的开展趋势是：驱动的沟通化， 功率改换器的高频化，操控的数字化、智 能化和网络化。因而，变频器作为体系的 重要功率改换部件，供给可控的高功用变 压变频的沟通电源而得到迅猛开展。 变频器主电路的拓扑结构方面 ? 变频器的网侧变流器对低压小容量的设备常采 用6脉冲变流器，而对中压大容量的设备选用多 重化12脉冲以上的变流器。负载侧变流器对低压 小容量设备常选用两电平的桥式逆变器，而对中 压大容量的设备选用多电平逆变器。关于四象限 作业的传动，为完成变频器再生能量向电网回馈 和节省能量，网侧变流器应为可逆变流器，一起 呈现了功率可双向活动的双PWM变频器，对网侧 变流器加以恰当操控可使输入电流挨近正弦波， 削减对电网的公害。现在，低、中压变频器都有 这类产品。 主电路功率开关元件 ? 自关断化、模块化、集成化、智能化，开 关频率不断前进，开关损耗进一步下降 脉宽调制 ? 脉宽调制变压变频器的操控办法能够采 用正弦波脉宽调制（SPWM）操控、消除 指定次数谐波的PWM操控、电流盯梢操控、 电压空间矢量操控（磁链盯梢操控） 沟通电动机变频调整操控办法 ? 沟通电动机变频调整操控办法的开展主 要体现在由标量操控向高动态功用的矢量 操控与直接转矩操控开展和开发无速度传 感器的矢量操控和直接转矩操控体系方面。 微处理器的前进使数字操控 ? 微处理器的前进使数字操控成为现代操控器的 开展方向：运动操控体系是快速体系，特别是交 流电动机高功用的操控需求存储多种数据和快速 实时处理很多信息。近几年来，国外各大公司纷 纷推出以DSP（数字信号处理器）为根底的内核， 配以电机操控所需的外围功用电路，集成在单一 芯片内的称为DSP单片电机操控器，价格大大降 低，体积缩小，结构紧凑，运用快捷，牢靠性提 高。DSP和一般的单片机比较，处理数字运算能 力增强10～15倍，以确保体系有更优越的操控性 能。 数字操控使硬件简化 ? 数字操控使硬件简化，柔性的操控算法 使操控具有很大的灵活性，可完成杂乱控 制规则，使现代操控理论在运动操控体系 中运用成为实践，易于与上层体系衔接进 行数据传输，便于毛病诊断加强维护和监 视功用，使体系智能化（如有些变频用具 有自调整功用）。 永磁同步电动机 ? 沟通同步电动机已成为沟通可调传动中的一颗新星， 特别是永磁同步电动机，电机取得无刷结构，功率因数高， 功率也高，转子转速严厉与电源频率坚持同步。同步电机 变频调速体系有他控变频和自控变频两大类。自控变频同 步电机在原理上和直流电机极为类似，用电力电子变流器 替代了直流电机的机械换向器，如选用交—直—交变压变 频器时叫做“直流无换向器电机”或称“无刷直流电动机 （BLDC）”。传统的自控变频同步机调速体系有转子位 置传感器，现正开发无转子方位传感器的体系。同步电机 的他控变频办法也可选用矢量操控，其按转子磁场定向的 矢量操控比异步电机简略。 变频调速其他附加优点 （风机运用） ? （1）网侧功率因数前进：原电机直接由工 频驱动时，满载时功率因数为0.85左右， 实践作业功率因数远低于0.8。选用变频调 速体系后，电源侧的功率因数可前进到0.9 以上，无需无功补偿设备就能大大的削减 无功功率，满意电网要求，可进一步节省 上游设备的作业费用。 ? （2）设备作业与维护费用下降：选用变频调理 后，因为经过调理电机转速完成节能，在负荷率 较低时，电机、风机转速也下降，主设备及相应 辅佐设备如轴承等磨损较前减轻，维护周期可加 长，设备作业寿数延伸;而且变频改造后风门开度 可达100%，作业中不接受压力，可显着削减风 门的维护量。变频器作业中，只需定时对变频器 除尘，不必停机，确保了出产的连续性。跟着生 产的需求，调理风机的转速，从而调理风机风量， 既满意出产工艺的要求，作业强度又大大下降。 选用变频技能调速后，削减了机械磨损，维护工 作量下降，检修费用下降。 ? （3）用变频调速设备后，可对电机完成软 发动，发动时电流不超越电机额外电流的 1.2倍，对电网无任何冲击，电机运用寿数 延伸。在整个作业规模内，电机可确保运 行平稳，损耗减小，温升正常。风机发动 时的噪音和发动电流十分小，无任何反常 振荡和噪音。 ? （4）与本来旧体系比较较，变频用具有过 流、短路、过压、欠压、缺相、温升等多 项维护功用，更完善地维护了电机。 ? （5）操作简略，作业便利。可经过计算机 长途给定风量或压力等参数，完成智能调 节。 ? （6）习惯电网电压动摇才能强，电压作业 规模宽，电网电压在-15%～+10%之间波 动时，体系均可正常作业。 ? （7）正回转的直接切换，无需改动外边接 线。 结束语（注意事项） ? 作为功率器材的变频器（其它的功率器材 也是相同：伺服，步进，扩大，等），一 定要做好接地，这是咱们反复强调的知识， 但也常常被咱们小看。 ? 变频器操控线有必要选用屏蔽电缆，而且 在布线规模内有必要与动力线°角，千万不要将操控线 与动力线放在同一电缆托架(或线框)内，以 避免变频器操控信号遭到搅扰。变频器负 载输出线也要采纳屏蔽办法，选用铠装电 缆，以避免变频器对邻近外表发生搅扰。 ? 部分变频器顶部有散热孔，尘埃和金属 物易于由此进入设备内部，应采纳防护措 施，避免内部短路。 ? 在变频器接线时要特别注意电源的输入 线和输出线绝不能接错，将电源输入线接 上变频器输出方位，会马上损坏设备。 ? 在变频调速器供电与工频供电彼此切换 时，有必要在变频器输出频率为零时，方可 切换变频输出，即变频器禁绝无负载输出 和开路作业，也不答应带负荷切换断电。 ? 关于从工频切回变频供电的设备，有必要 在电动机断电停转后方可切换，以避免因 电动机旋转发电而形成变频器的损坏。
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