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变频器原理介绍及常见问题梳理

2017-01-06 [责任编辑:sherry]
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【导读】随着工业自动化程度的不断提高,变频器也得到了非常广泛的应用。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率,根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压,进而达到节能、调速的目的,另外,变频器还有很多的保护功能,如过流、过压、过载保护等等。

变频器是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率,根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压,进而达到节能、调速的目的,另外,变频器还有很多的保护功能,如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高,变频器也得到了非常广泛的应用。

变频器的工作原理


概述

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分,变频器的主电路大体上可分为两类

电压型:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器,直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器,其直流回路滤波是电感。它由三部分构成,将工频电源变换为直流功率的“整流器”,吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路

整流器

大量使用的是二极管的变流器,它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器,由于其功率方向可逆,可以进行再生运转。

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,此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动,采用电感和电容吸收脉动电压(电流)。装置容量小时,如果电源和主电路构成器件有余量,可以省去电感采用简单的平波回路。

逆变器

同整流器相反,逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率,以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。

控制电路是给异步电动机供电(电压、频率可调)的主电路提供控制信号的回路,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”,将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”,以及逆变器和电动机的“保护电路”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,决定逆变器的输出电压、频率。

2、电压、电流检测电路:与主回路电位隔离检测电压、电流等。

3、驱动电路:驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、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,根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。

5、保护电路:检测主电路的电压、电流等,当发生过载或过电压等异常时,为了防止逆变器和异步电动机损坏

变频器应用时的九大问题

1、信号线及控制线应选用屏蔽线,这样对防止干扰有利。当线路较长时,例如距离跃100m,导线截面应放大些。信号线及控制线不要与动力线放置在同一电缆沟或桥架中,以免相互干扰,最好穿管放置,这样更合适。

2、传输信号以选用电流信号为主,因电流信号不容易衰减,亦不容易受干扰。实际应用中传感器输出的信号是电压信号,可以通过变换器将电压信号变换成电流信号。

3、变频器闭环控制一般都是正作用的,即输入信号大,输出量亦大(例如中央空调制冷工作时及一般压力、流量、温度等控制时)。但亦有反作用的,即输入信号大,输出量反小(例如中央空调在制热工作时以及供热站的取暖热水泵)。闭环控制如图1所示。

4、在闭环控制时能选用压力信号的,就不要选用流量信号。这是因为压力信号传感器价格低,安装容易,工作量小,调试方便。但工艺过程有流量配比要求的,且要求精确时,那就必须选用流量控制器,并根据实际的压力、流量、温度、介质、速度等来选用合适的流量计(例如电磁式、靶式、涡街式、孔板式等)。

5、变频器内置的PLC、PID功能适合用于信号变动量较小、较稳定的系统。但由于内置的PLC、PID功能在工作时只调时间常数,所以难以得到较为满意的过度过程要求,而且调试比较费时。

另外这种调节不是智能的,故一般不经常采用,而是选用外置的智能化的PID调节器。例如日本富士PXD系列、厦门安东等,十分方便。使用时只要设置SV(上限值),工作时有PV(运行值)指示,又是智能化,保证具有最佳的过渡过程条件,使用较为理想。关于PLC,可按控制量的性质、点数、数字量、模拟量、信号处理等要求,选用外置PLC的各种品牌,例如西门子的S7-400、S7-300、S7-200等。

6、信号变换器在变频器外围电路中亦被经常用到,一般由霍尔元件加电子线路组成。按信号变换和处理方式可分为电压变电流、电流变电压、直流变交流、交流变直流、电压变频率、电流变频率、一进多出、多进一出、信号叠加、信号分路等各种变换器。例如深圳的圣斯尔CE-T系列电量隔离传感器/变送器,应用十分方便。国内类似产品不少,用户可按需要自行选择应用。

7、变频器在应用时往往要配外围电路,其方式常有:

(1)由自制继电器等控制元件组成的逻辑功能电路;

(2)买现成的单元外置电路(例如日本三菱公司的);

(3)选用简易可编程控制器LOGO(国外、国内都有此产品);

(4)使用变频器不同功能时,可选用功能卡(例如日本三垦变频器);

(5)选用中小型可编程序控制器。

8、多台水泵并联恒压供水(例如城市自来水厂的清水泵、中大型水泵站、供热水中心站等)的变频技术改造方案常见的有以下两种。

按使用经验,方案(1)节省初投资,但节能效果差。起动时先起动变频器至50Hz后,再起动工频,后转入节能控制。供水系统中只有采用变频器拖动的水泵,压力略小些,系统存在湍流现象,有损耗。

方案(2)投资较大,但比方案(1)多节能20%,猿台泵压力一致,无湍流损耗,效果更佳。

9、多台水泵并联恒压供水时采用信号串联方式只用一个传感器,其优点如下。

(1)节省成本。只要一套传感器及PID,如图4所示。

(2)因只有一个控制信号,所以输出频率一致,即同频率,这样压力亦一致,不存在湍流损耗。

(3)恒压供水时,当流量变化,泵的开动台数通过PLC控制随之变化。最少时1台,中等量时2台,较大量时3台。当变频器不工作停机时,电路(电流)信号是通路的(有信号流入,无输出电压、频率)。

(4)更有利的是,因为系统只有一个控制信号,即使3台泵投入不同,但工作频率却相同(即同步),压力亦一致,这样湍流损耗为零,亦即损耗最小,所以节电效果最佳。
关键字:变频器 电力技术 
本文链接:http://www.cntronics.com/cp-art/80031994
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