变频器
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。
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
选型原则
首先要根据机械对转速(较高、较低)和转矩(起动、连续及过载)的要求,确定机械要求的较大输入功率(即电机的额定功率较小值)。有经验公式
P=nT/9950(kW) 式中:P——机械要求的输入功率(kW); n——机械转速(r/min); T——机械的较大转矩(N·m)。
然后,选择电机的较数和额定功率。电机的较数决定了同步转速,要求电机的同步转速尽可能地覆盖整个调速范围,使连续负载容量高一些。为了充分利用设备潜能,避免浪费,可允许电机短时**出同步转速,但必须小于电机允许的较大转速。转矩取设备在起动、连续运行、过载或较高转速等状态下的较大转矩。最后,根据变频器输出功率和额定电流稍大于电机的功率和额定电流的原则来确定变频器的参数与型号。
需要注意的是,变频器的额定容量及参数是针对一定的海拔高度和环境温度而标出的,一般指海拔1000m以下,温度在40℃或25℃以下。若使用环境**出该规定,则在确定变频器参数、型号时要考虑到环境造成的降容因素。
使用变频器的注意事项:
1.物理环境
1)工作温度。变频器内部是大功率的电子元件,较易受到工作温度的影响,产品一般要求为0~55℃,但为了保证工作安全、可靠,使用时
应考虑留有余地,较好控制在40℃以下。在控制箱中,变频器一般应安装在箱体上部,并严格遵守产品说明书中的安装要求,**不允
许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。
2)环境温度。温度太高且温度变化较大时,变频器内部易出现结露现象,其绝缘性能就会大大降低,甚至可能引发短路事故。必要时,
必须在箱中增加干燥剂和加热器。
3)腐蚀性气体。使用环境如果腐蚀性气体浓度大,不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等,而且还会加速塑料器件的老化,降低绝缘
性能,在这种情况下,应把控制箱制成封闭式结构,并进行换气。
4)振动和冲击。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时,会引起电气接触不良。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲
击源外,还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后,应对其进行检查和维护。
2.电气环境
1)防止电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和变频,周围产生了很多的干扰电磁波,这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干
扰。因此,柜内仪表和电子系统,应该选用金属外壳,屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地,除此之外,各电气元件
、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆,且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰,往往会使整个系统无法工作,导致控制单元
失灵或损坏。
2)防止输入端过电压。变频器电源输入端往往有过电压保护,但是,如果输入端高电压作用时间长,会使变频器输入端损坏。因此,在
实际运用中,要核实变频器的输入电压、单相还是三相和变频器使用额定电压。特别是电源电压较不稳定时要有稳压设备,否则会造成
严重后果。
3.接地
变频器正确接地是提高控制系统灵敏度、抑制噪声能力的重要手段,变频器接地端子E(G)接地电阻越小越好,接地导线截面积应不小于
2mm2,长度应控制在20m以内。变频器的接地必须与动力设备接地点分开,不能共地。信号输入线的屏蔽层,应接至E(G)上,其另一端
绝不能接于地端,否则会引起信号变化波动,使系统振荡不止。变频器与控制柜之间应电气连通,如果实际安装有困难,可利用铜芯导
线跨接。
变频器原理
变频器原理是应用变频技术与微电子技术的原理,通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机的电力控制设备。
我们使用的电源分为交流电源和直流电源,一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压,整流滤波后得到的。交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95%左右。
变频器简介
无论是用于家庭还是用于工厂,单相交流电源和三相交流电源,其电压和频率均按各国的规定有一定的标准,如我国大陆规定,直接用户单相交流电压为220V,三相交流电线电压为380V,频率为50Hz,其它国家的电源电压和频率可能与我国的电压和频率不同,如有单相100V/60Hz,三相200V/60Hz等等,标准的电压和频率的交流供电电源叫工频交流电。
通常,把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。
为了产生可变的电压和频率,该设备首先要把电源的交流电变换为直流电(DC),这个过程叫整流。
一般逆变器是把直流电源逆变为一定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变电源频率和电压可调的逆变器我们称为变频器。
变频器输出的波形是模拟正弦波,主要是用在三相异步电动机调速用,又叫变频调速器。
对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器,要对波形进行整理,可以输出标准的正弦波,叫变频电源。一般变频电源是变频器价格的15--20倍。
变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中,不仅有电机(例如空调等),还有荧光灯等产品。
用于电机控制的变频器,既可以改变电压,又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。
变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电,在该项应用中,变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。
变频器主要采用交—直—交方式(VVVF变频或矢量控制变频),先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再将直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。
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的。
变频器元件
整流电路
由VD1-VD6六个整流二极管组成不可控全波整流桥。对于380V的额定电源,一般二极管反向耐压值应选1200V,二极管的正向电流为电机额定电流的1.414-2倍。
电容C1
吸收电容,整流电路输出是脉动的直流电压,必须加以滤波。
变压器
一种常见的电气设备,可用来把某种数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压,也可以改变交流电的数值及变换阻抗或改变相位。
压敏电阻
有三个作用:一、过电压保护;二、耐雷击要求;三、安规测试需要.
热敏电阻:过热保护
霍尔元件
安装在UVW的其中二相,用于检测输出电流值。选用时额定电流约为电机额定电流的2倍左右。
充电电阻
作用是防止开机上电瞬间电容对地短路,烧坏储能电容开机前电容二端的电压为 0V;所以在上电(开机)的瞬间电容对地为短路状态。如果不加充电电阻在整流桥与电解电容之间,则相当于380V电源直接对地短路,瞬间整流桥通过无穷大的电流导致整流桥炸掉。一般而言变频器的功率越大,充电电阻越小。充电电阻的选择范围一般为:10-300Ω。
储能电容
又叫电解电容,在充电电路中主要作用为储能和滤波。PN端的电压工作范围一般在 430VDC~700VDC 之间,而一般的高压电容都在 400VDC左右,为了满足耐压需要就必须是二个400VDC的电容串起来作800VDC。容量选择≥60uf/A
均压电阻:防止由于储能电容电压的不均烧坏储能电容;因为二个电解电容不可能做成完全一致,这样每个电容上所承受的电压就可能不同,承受电压高的发热严重(电容里面有等效串联电阻)或**过耐压值而损坏。
C2电容
吸收电容,主要作用为吸收IGBT的过流与过压能量。
电源板
开关电源电路向操作面板、主控板、驱动电路、检测电路及风扇等提供低压电源,开关电源提供的低压电源有:±5V、±15V 、±24V向CPU其附属电路、控制电路、显示面板等提供电源。
驱动板
主要是将CPU生成的PWM脉冲经驱动电路产生符合要求的驱动信号激励IGBT输出电压。
变频器的作用?有哪些功能?
变频器的作用功能:
1、变频器的作用主要是调整电机的功率、实现电机的变速运行,以达到省电的目的。
2、同时变频器的作用可以降低电力线路电压波动,因为电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常。
3、采用了变频器后,变频器的作用能在零频零压时逐步启动,这样能较大程度的消除电压下降,发挥更大的优势。
同时变频器的作用功能还包含以下功能:
1.可以减少对电网的冲击,就不会造成峰谷差值过大的问题。
2.可以加速功能可控,从而按照用户的需要进行平滑加速。
3.电机的和设备停止方式可控,使整个设备和系统更加安全,寿命也会相应增加。
4.控制电机的启动电流,充分降低启动电流,使电机的维护成本降低。
5.可以减少机械传动部件的磨损,从而降低采购成本,同时可以提高系统稳定性。
6.降低了电动机启动电流,提供更可靠的可变电压和频率。
如果单有变频器本体的高可靠性,而变频器选型和容量匹配不适当,组成的变频调速系统也不可能达到很高的可靠性,甚至无法运转,那么如何来保证变频调整系统正常高效运行呢?
我们要确保变频器的容量匹配。首先根据负荷性质,正确选用变频器类型。总的原则就是什么性质负载特性配什么特性的变频器。
(1)恒转矩生产设备--在调速范围内,负载力矩基本恒定不变。应选具有恒转矩性能的变频器。其过载能力为150%额定电流维持1分钟。
(2)平方转矩生产设备--在调速范围内,负荷力矩与转速的平方成正比,即M∝n2,离心式风机,水泵为它的典型代表。具有M∝n2特性的变频器其过载能力较小,110%-120%额定电流过载1分钟,
(3)恒功率负荷生产设备-在调速范围内,转速低力矩大;转速高力矩小,即M?NC(常数)。典型设备如机床及卷绕机构。