变频器原理范文

时间:2023-03-11 07:28:32

变频器原理范文第1篇

交流变频调速技术发展概况纵观电力传动的发展过程,交、直流两种传动方式共存于各个生产领域,由于直流调速系统的性能指标优于交流调速系统,因此直流调速系统一直在调速领域内居首位。但由于直流电动机具有机械整流器和电刷,因而存在着维护保养工作量大、电动机安装环境受到限制和难以向大容量、高转速及高电压方向发展等缺点。随着电子技术和自动控制技术的迅速发展以及各种高性能电力电子元器件产品的出现,历来阻碍交流调速技术发展的一些因素相继被克服,原直流调速系统领先的一些技术性能,交流调速系统都能与直流调速系统相媲美。因此,交流调速在电气传动领域中越来越占有重要的地位,它已成为机电一体化的电气传动技术。

[关键词]

变频器

一、变频调速器的分类

可分为交-交变频器,即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流,又称直接式变频器;交-直-交变频器,则是先把工频交流通过整流器变成直流,然后再把直流变换成频率电压可调的交流,又称间接式变频器,目前广泛采用交-直-交变频器。

二、变频调速的原理和实现算法变压变频的基本原理

根据电机学原理,异步电动机的转速为:n=60 f(1-s)/ p,在改变供电电源频率时,电机的同步转速也相应的改变。当电机在负载条件下运行时,电机转速低于电机的同步转速,两者的差值就是转差,转差的大小与电机的负载有关。

电机定子每相感应电动势的有效值为:Es=4.44fsNksΦm。

由异步电机T型等效电路图1-1可知异步电机端电压与感应电动势的关系式为: U1=E1+I1R1 其中,R1,I1分别为定子绕组阻抗及其流过的电流。在电机控制过程中,使每级磁通中Φm保持为额定值不变是关键的一环。磁通太弱,没有充分利用电机的铁芯,是一种浪费;若增大磁通,又会使铁芯饱和,从而导致过大的励磁电流,严重时会因绕组过热而损坏电机。在交流异步电机中,磁通Φm是定子和转子磁动势合成产生的,因此由式Es=4.44fsNksΦm 可知,只要同时协调控制Es和fs,就可以达到控制Φm并使之恒定的目的。对此,需要考虑额定频率以下和额定频率以上两种情况。

1.额定频率以下的调速,要保持Φm不变,当频率fs从额定值介向下调节时,必须同时降低Es,使:Φm=常数即采用恒电动势频率比的控制方式。然而,绕组中的感应电动势是难以直接控制的,当定子频率fs较高时感应电动势的值也增大,因此可以忽略定子阻抗压降,认为定子相电压Us= Es则得:Φm=K Us/fs=常数,这就是恒压频比((V/F)的控制方式。低频时,Es和Us都较小,定子阻抗压降所占的比率就比较显著,不能再忽略,这时可以人为的对定子阻抗压降进行补偿,适当的提高逆变器的输出电压。

2.额定频率以上的调速: 在额定频率以上调速时,频率可以从额定值fsn往上提高,但是端电压Us不能继续上升,只能维持在额定值Usn,这将迫使磁通与频率成反比的下降,相当于直流电机的弱磁升速的情况。在整个电机调速范围内,异步电机的控制特性如图1-2所示。如果电机在不同转速下都具有额定电流,则电机都能在温升允许的条件下长期运行。这时电机转矩基本上随磁通变化,因此在额定频率以下为恒转矩调速,在额定频率以上为恒功率调速。

三、变频调速系统的硬件实现

主要由整流器、滤波环节、逆变器、检测环节和控制回路组成。系统主电路采用交-直-交电压型变频器结构,采用SPWM变频技术。

四、变频器的主电路

变频器是将工频交流电变为频率和电压可调的三相交流电的电器设备,用以驱动交流异步(同步)电动机进行变频调速,不但能满足不同生产工艺需要,而且节能效果显著。

过去传统的调速方式是晶闸管直流电动机传动系统,但直流电动机本身存在一些固有的缺点:直流电动机造价高、维护量大;受使用环境制约条件多;最高速度和容量都有一定限制等。而交流调速系统具有结构简单、成本低廉、节能、高精度和响应快速等突出优点。

异步电动机其转速为:,从上式可以看出,改变极对数p、转差率s和调节电源频率f都可以调速。对于同步电动机,运行中改变极对数p会引起失步,对于异步电动机,改变极对数p是有级调速,改变转差率s大部分是耗能调速,唯有改变频率调速是交流电动机较为理想的调速方式。但是只改变频率并不能使电动机得到经济可靠的运行,原因是异步电动机是铁磁结构。对于任何铁磁结构的设备,只有使它的磁通保持为额定磁通,才可使铁磁材料得到充分利用。对于异步电动机,有如下的关系式:U≈E =4.44fNKWφ。

式中,U :定子电压;E :定子电动势;f :定子频率;N :定子每相绕组的匝数;KW:绕组系数;φ:每极气隙磁通。在变频调速时,为了得到所需的电磁转矩,使电动机的铁磁材料得到充分利用,则应尽可能地使气隙磁通恒定为额定磁通。由U≈E =4.44fNKWφ式可知,为保持气隙磁通φ近似不变,在调节定子频率f时则必须同时改变定子电压U,即U/f =常数。为此,用于交流电动机变频调速的变频器实际上都是变压变频器,即VVVF。由于电机的电压不能超过额定电压,因此,在基频以上调频时,电压U只能保持在额定电压,当电压U一定时,电机的气隙磁通φ随着频率f的升高成比例下降,类似直流电机的弱磁调速,因此,基频以上的调速属恒功率调速。

参考文献:

[1]

模拟电子(清华大学版)

[2]数子电子(清华大学版)

变频器原理范文第2篇

关键词:变频器;PID;智能PID调节仪

引言

目前,随着我国科学技术、电子技术、计算机网络等高新技术的不断发展,变频器的功能越来越丰富,制造商在开发、制造变频器时,充分考虑到用户需求,设计了多种可供用户选择的功能,其中PID控制技术是过程控制的一种常用方法,在保证系统平稳安全运行方面起着十分关键的作用。

1 变频器PID控制工作原理分析

1.1 结构原理

PID控制属于闭环控制,是指将被控量的检测信号(即由传感器测得的实际值)反馈到变频器,与被控量的目标信号进行比例、积分、微分运算,来调整变频器的输出频率,如尚未达到,则根据两者的差值进行调整,使被控量始终稳定在目标量上,通常适用于流量控制,压力控制及温度控制等,过程控制基本原理框图如下:

1.2 PID控制的工作过程

以空气压缩机为例,某变频调整系统基本构成如下图所示:图中BP是压力变送器,用以测量储气罐的实际压力。

R.S.T为变频器三相电源进线,U.V.W为变频器三相电源出线,+5V为频率设定用电源,VRF、VPF为模拟量输入端子,GND为公共端,RP为频率调节电位器,其中,5V、VFRF、GND构成变频器外部频率给定。

空气压缩机变频调速系统的基本要求是保持储气罐压力的恒定,系统工作过程介绍如下。设XT为目标信号,其大小与所需的储气罐压力相对应,XF为压力变送器的反馈信号,则变频器输出频率f的大小由合成信号(XT-XF)决定。

如储气罐压力超过目标值,则XF>XT(XT-XF)

以上举例说明为PID输出特性为正特性,即当反馈信号大于PID的给定量时,要求变频顺输出频率下降才能使PID达到平衡,如收卷的张力PID控制。

PID的负特性指当反馈信号大于PID给定,要求变频器输出频率上升,才能使PID达到平衡,如放卷的张力PID控制。

2 PID参数意义

2.1 比例增益P

决定整个PID调节器的调节强度,P越大调节强度越大,该参数为100表示PID反馈量和给定量的偏差为100%时,PID调节器对输出频率指令的调节幅度为最大频率。

2.2 积分时间I

决定PID调节器对PID反馈量和给定量的偏差进行积分调节的快慢,积分时间是指当PID反馈量和给定的偏差为100%时,积分调节器经过该时间连续调整,调整量达到最大频率。积分时间越短,调节强度越大。

2.3 微分时间D

决定PID调节器对PID反馈量和给定量的偏差的变化率进行调节的强度,微分时间是指若反馈量在该时间内变化100%,微分调节器的整定量为最大频率,微分时间越长调节强度越大。

3 PID参数调试方法

PID调节仪虽然具有自整定功能,但是自整定得到的参数值不一定是最佳值,所以自整定后仪表的控制效果不一定很理想。如不能满足控制系统的精度要求,可通过微调这几个参数的值,使系统达到满意的控制效果。

3.1 比例带P的选取

由于P的大小直接影响到系统的超调量,过渡时间和稳态误差,因此,P的选取尤为重要,比例带P减小,系统动作灵敏度加快。但偏小,超调量增大,振荡次数增多,调节时间越长。P增大,系统会趋向平稳定,若P太大,会使系统动作缓慢,P的大小与稳态误差呈反比关系。减小比例作用,可减小比例作用,可减小稳态误差,提高控制精度。

3.2 积分时间I的选取

积分作用指在消除稳态误差,积分时间I与积分作用的强弱是反比关系,I太小积分作用太强,使系统不稳定,振荡次数较多,而I太大对系统性能影响减弱,以至不能消除稳态误差。

3.3 微分时间D的选取

微分作用能够预测偏差,产生超前校正作用,可以较好的改善动态性能。

由以上可以看出,比例作用的快速性,积分作用的彻底性,微分作用的超前性三个参数相互影响相压制约,另外,PID的取值与系统惯性大小有很大关系。因此,很难一次调定,在许多要求不高的控制系统中,微分功能D可以不用,保持变频器的出厂值不变,使系统运转起来,观察其工作情况。如压力下降式上升难以恢复,说明反应太慢,同应加大比例增益P,直至比较满意为止;在增大P后,虽然反应快了,却容易在目标值附近波动,说明系统有振荡,应加大积分时间,直至基本不振荡为止。

总之,在反应太慢时,应调大KP式减小积分时间,在发生振荡时,应调小KP式加大积分时间。在某些对反应速度要求较高的系统中,可考虑增大微分环节D。

4 结合实际说明PID在恒压供水的应用

以英威腾CHF-100A系列变频器为例,要求:PID恒压控制,压力保持2Mpa,用4-20mA,5Mpa电流型压力变送器控制线怎么接,参数如何设置?

答:压力变送器约“+”接变频器“+10V”压力变送器为“-”接变频器“AI2”变频器J16跳线为电流端(I与GND短接)相关参数设置如下表:

5 再介绍一下PID调节仪与变频器的连接使用

以XMT62X系列智能PID调节器为例,简单的说就是将压力变送器的电流信号先输入到PID调节仪,经内部运算处理后,输出连续约4-20mA调节信号,输出的信号与变频器的控制端子相连,其工作原理与外置电位置一样,不同点就是电位器反馈电压信号,而PID调节仪反馈电流信号,PID调节仪能直观的显示实际值与设定值操作更方便简洁。

由上述分析可知,PID控制是用于过程控制的一种常用方法,通过对被控信号与目标信号的差量进行比例,积分微分运算,来调节变频器输出频率,构成负反馈系统,使被控量稳定在目标量上。可广泛用于石化,供暖、供水、冶金、食品、热变换等行业,对温度压力液位流量等参数进行测量,显示精确控制,而且具有通讯功能,能方便的与计算机式PIC联网,实现远程控制。

参考文献

[1]张燕宾.SPWM变频调速应用技术[M].北京机械工业出版社,2004.

[2]黄威,黄禹.变频器的使用与节能改选[M].北京化学工业出版社,2011.

[3]英威腾产品说明书 V1.2版.1997.

变频器原理范文第3篇

[关键词]IGBT;变频器;整流

中图分类号:TN773 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)09-0294-01

1 整流电路

整流电路是变频器中用来产生直流电的单元。当三相AC电源给由6个晶闸管组成的全波整流桥供电时,晶闸管的导通顺序为VT1―VT6―VT2―VT4―VT3―VT5。输入的三相交流电是正负交变的正旋波,经过整流电路后,其输出波形变成了脉动波(直流),因为二极管具有正向导通,反向截至的特性,所以把输入波形的负半周波形都整成了正半周波形,一般的三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成。它的主要作用是对工频的外部电源进行整流,并给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。整流电路按其控制方式可以是直流电压源也可以是直流电源。中间直流环节的作用是对整流电路的输出进行平滑,以保证逆变电路和控制电源能够得到质量较高的直流电源。

当整流电路是电压源时中间直流环节的主要元器件是大容量的电解电容,电容的特性:电容两端的电压不能突变,因为电压加在电容两端后首先为电容充电,经过一段时间当充满电后电容会放电,再经过一段时间电放净后又继续充电,所以,电容两端的电压是缓慢变化的,而不会突变。电容的输入波形为脉动波,在wt=0~π时间段内,电压从0开始上升到达波峰(给电容充电),然后从波峰又降为0(电容放电)。根据电容的特性,其输出波形就类似于锯齿波,产生锯齿波的原因:电容充电时,电容两端的电压缓慢上升,但当输入波形到达波峰时,电容还未被充满电,输入波形从波峰开始下降,电容还未被充满电就要放电,所以输出波形从波峰开始下降,当输入波形从波峰降到0时,又开始上升(下一时刻),所以电容又从放电状态转变成充电状态,那么输出波形由刚才下降的趋势再次上升。电容就这样反复充放电状态的转变,输出产生锯齿波形。电容两端电压变化的快慢由电容的充放电时间决定,电容的充放电时间由电容的容量决定。电容的容量越大,其充放电时间越长,那么电容两端的电压变化越缓慢。如果当电容的容量足够大时,充放电时间>>输入波形的周期,那么输出波形就会近似为一条直线,这就是我们需要的最稳定的直流波形

2 逆变电路

逆变电路是变频器最主要的部分之一。它的主要作用是在控制电路的控制下,将整流电路整流输出的直流电变换为电压和频率都任意可调的“交流”电。逆变电路的输出即为变频器的输出,它被用来作为电机的供电电源,从而实现对异步电动机的调速控制。如图1-1所示。图中输入波形为直流波形,经过6个IGBT(绝缘栅型晶体管)v1,v2,v3,v4,v5,v6的有序导通,产生了正负交变、脉宽不等的方波作为输出波形为电机供电。A,B,C分别接在电动机U,V,W上。

图1-1所示的输出波形是三相中的A相的波形,其余两相的波形与A相波形,这三者之间存在空间相位差120度,为了方便分析只分析A相输出,其余两相与A相同理,只不过时间与A相相差120度相位。0~t1时刻,我们看到电流方向是节点A 电机U端,设此方向为正方向。t1~t2时刻, 我们看到电流方向是节点A 电机U端。所以0~t2时刻,脉冲波形在x轴上方。t2~t3时刻,我们看到电流方向是电机U端节点A,与0~t2时刻的电流方向相反。t3~t4时刻,我们看到电流方向是电机U端节点A。所以t2~t4时刻,脉冲波形在x轴下方。综上所述,我们从图1-5所示的输出波形中看到的是正负交变的脉冲波形。我们在本小节开始的叙述中提到过,6个IGBT v1,v2,v3,v4,v5,v6的有序导通,产生了正负交变、脉宽不等的方波作为输出波形为电机供电。“正负交变 ”我们已经解释完了,脉宽不等是怎样产生的呢? 以及6个IGBT如何按照顺序依次导通。

3 控制电路

IGBT 是受门极触发而导通的,即门极接收到脉冲信号后,IGBT 导通。那么门极信号就是由控制电路发出的 。发出的这些信号控制IGBT的通断顺序以及通断时间,通断时间决定了变频器输出脉冲的宽度 。

首先,控制电路中有两种输入信号,Ur(参考信号)和Uc (载波信号) 。控制电路让U r与Uc进行比较 ,Ur是交流正旋波,Uc是三角波,如图1-2 所示。Ur与Uc形成了一些交点,它们之间的交点以上代表UrUc的部分。我们还以逆变电路中的A相负载为例,A相负载是由V1和V4来控制,V1控制变频器输出波形的正半周,V4控制变频器输出波形的负半周。Ur和Uc在正半周时,当Ur>Uc, V1导通,V4截止,V1导通的时间如图1-2中Uo的正半周,从图中我们可以看出,只看正半周,脉冲宽度靠中间最宽,两侧最窄;Ur和Uc在负半周时,当Ur

总结:综上所述,由于社会经济的快速发展与科技水平的持续进步,变频调速作为工业领域中对电动机的速度控制已是非常流行的一种技术,电动机的启动以及运行都离不开变频调速技术,该技术在电机启动过程中可以大大的降低启动电流,从而大大降低损耗功率,在电动机运行时也可按需以较低的损耗功率调节其转速满足不同的工况需求。

参考文献

[1]王延才.变频器原理及应用.机械工业出版社.2009.

变频器原理范文第4篇

关键词:镟床 变频器 分析 故障 维修

中图分类号:TN77 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)11(b)-0054-03

成都地铁2号线洪柳车辆段,使用广汉快速铁路设备有限公司CAK-13精密数控不落轮镟床,它是车辆段三大检修设备之一,对电客车缺陷轮对进行不落轮镟修。CAK-13精密数控不落轮镟床摩擦轮电机是该机床车轮加工主传动的动力源,它由西门子MICROMASTER 440变频器[1]控制。

变频器通过控制左、右两台30 kW的三相变频电机的速度和转矩,实现镟床对机车车轮的镟修校正。由于它采用电力电子器件IGBT控制输出功率,并且利用PWM(脉宽调制)技术控制IGBT的通断,确保了两台电机安静可靠的运行。

但在镟床镟修时,如果变频器本身或联接设备有故障,都会导致镟床无法正常运行。该公司就出现过一次变频器接线的故障,导致镟床中断工作,影响了机车车轮的维护。由于变频器原理和接线随着变频器型号的变化而不同,该文提到变频器时指的就是MICROMASTER 440变频器。要修好镟床,就需要知道变频器的原理接线,以下就针对该次维修过程加以说明。

1 变频器工作原理分析

图1为变频器工作原理图[1],由主电路和控制电路组成,整流桥和全控逆变电路都是三相的,图中只画出了示意。变频器的主电路包括整流电路和逆变电路,有的型号的变频器还包括制动斩波器电路(小功率的变频器)和滤波器。控制电路由单片机组成的微机系统来完成,它控制PWM发生器的脉冲宽度,也就改变了IGBT通、断时间,另外通过一系列检测电路和互感器完成对主电路的监测与保护。另外,为方便人机交互,变频器还配置了显示与输入输出接口电路。

整流电路[2]将三相交流电通过6个二极管进行全波整流,从而将交流转为直流。由于采用的是三相全波整流,直流波形中就会含有300 Hz整数倍的谐波分量,为了减小纹波,使电机能够低噪音运行,需要滤除谐波。一般的变频器都配有专门的滤波器来滤除特定的300 Hz谐波,小容量变频器也可通过电容来滤除高频。逆变电路[2]由PWM脉冲控制6个IGBT的通断,从而将直流变为电压幅值、频率大小可控的三相交流,从而决定电机的转速与转矩。在需要紧急制动时,可通过斩波器电路和制动电阻将电机转速迅速降低,降低惯性带来的危害。

控制电路[3]中CPU对监测到的电压、电流、电机转速进行计算,并与设定值进行比较,从而对PWM发生器电路发出调节指令,调节逆变器输出电压的频率,最终使电机按照预期运动;如果镟床发生异常或故障,电压、电流、电机转速会发生跳变,比如电流的增大或电压的下降等,CPU就根据相应的保护功能作出对应决策,要么发告警信号,要么停机。

2 故障现象与分析

2.1 故障现象

2014年8月11日,洪柳车辆段在使用不落轮镟床进行用检作业时,接通主驱动装置并使驱动轮运行,在运行十分钟后,驱动轮突然停止,操作台显示屏报变频器故障。查看变频器,发现故障代码为F0001,查阅厂家手册确定F0001为过电流。手册中说明,造成F0001过流故障原因如下:

(1)变频器输出短路或有接地故障。

(2)电机与变频器是否匹配。

(3)负载处于过载状态。

2.2 故障原因分析

上述故障现象表明,变频器是在工作中产生了过电流。通过对变频器工作原理及的接线情况进行分析,按照主电路中电流的流经顺序,造成过电流的原因有以下几方面[4]。

(1)首先,可能是电动机的原因,比如绕组出现匝间短路或者在接近中性点处发生相间短路,此时电动机机端电流互感器测量到的电流会增大;或者电动机在运行过程中受到限位,造成电动机“堵转”,电动机的电流也会增大。

(2)其次,变频器与电动机的联接回路可能发生短路,出现的故障可能是联接电缆破损造成接地或相间短路,也可能是线路绝缘下降造成漏电。

(3)最后,可能是变频器本身损坏,如果变频器中的某个开关元件损坏,造成直流短路,直流互感器测量到的电流就增大;也可能是某些元件在温度升高时参数发生大的变化等造成的。

(4)在主电路没有故障时,如果检测系统、或微机接口电路等控制系统原因也不能忽略。比如互感器、PWM发生器如果发生故障也会造成过电流。

3 故障排查与维修

3.1 故障排查

图2为镟床变频器接线图,发生上述故障,要做到“一闻二看三检查”,闻一闻有无电线或器件烧焦的味道,看一看有无电线或器件跌落、各个设备外观有无异常,接下来可按如下顺序检查。

(1)负载侧检查

引起变频器过流的最主要因素是负载,一旦发生过流故障,应当检查:

①首先检查机械结构,可以用手盘电机的驱动轮试试是否转动灵活,用以判断电机是否“堵转”或限位。

②其次断开变频器与电机间的接插件,测试三相负载的阻抗是否对称、是否短路,还需要用兆欧表等测试对地及相间绝缘的仪器测试有无软击穿故障。例如绝缘下降时用万用表测量可能显示为正常,但用摇表测量时就会发现耐压下降了。

(2)输入输出线路检查

根据电动机原理,缺相是造成过流保护动作的一个主要原因。如果是变频器整流侧缺相,会导致直流电压降低,且电压波形不再平滑,这样会引起逆变侧输出电压下降,输出相同功率时电流必然增大,从而引起过电流。

如果变频器逆变侧输出电压缺相,健全相电流会增大,且三相电压不平衡,电机运行也不平稳,可能会振动。

因此,在带电的情况下,可以用万用表检查电压,如果有相序表,检查会更方便。在断电时,也可用万用表电阻档检查外部接线的通断,检查继电器工作状态是否正常。

(3)变频器检查

变频器部分主要检查整流器、逆变器,其中的元件故障可造成过电流,整流电路中二极管可能损坏,逆变电路IGBT模块也可能存在元器件的接触不良甚至损坏的情况。

在带电情况下,用示波器检查直流和交流波形,可观察直流电压波形是否平直,测量直流电压大小是否异常;对各路交流波形要检查其波形、频率与大小。通过这些检测,可判断器件有无损坏。在发现有器件损坏时,可在断电的情况下,用万用表检查具体的器件,如果整流电路有异常,就检查整流回路,查找出故障二极管并更换;如果只是逆变电路有问题,就检查IGBT模块,如果IGBT损坏就更换,如果驱动脉冲没有就要检查驱动电路。

(4)电流输入回路检查

在主回路及其回路没有故障时,保护的电流输入回路就需要检查。电流输入回路包括电流互感器与连接电线、接插件等,还包括对电流进行采样与A/D转换的硬件电路板。

检查时,先断开主回路,如果指示灯或显示器表明有电流,则说明电流输入回路有故障,而且极可能是控制器内部电路板的问题,可按照回路的走线逐级检查。也可以断开电流互感器,从断开处加一测试标准电流,观察显示器显示的电流有无误差,如果误差很大,则检查测量回路;如果误差很小,就可判为电流互感器的故障。检查测量回路时,可用替换法快速查找,用好的备用插件或电路板逐一更换相同插件,当电流显示值与输入电流一致时,就可对替换下的插件再进行检查维修。如果是互感器原因,需要对其进行试验判断,如确实是损坏,则需更换,如没有问题,这需要检查各连接处是否接触可靠。

3.2 故障维修

通过以上故障点逐一排查,负载侧检查和输入输出线路检查正常,变频器主回路也没有问题,在进行上述第(4)项检查时,发现内部的测量回路也没问题,在检查电流互感器本身时,发现接插件没有连接到位,有松动迹象。

重新安装电流互感器接插件,插紧、插牢,上电、装置自检正常,故障排除,设备也恢复正常运行。

4 结语

变频器在工业企业应用广泛,它联接强电与弱电,发生故障的位置较多,且故障排查困难。只有不断学习理论知识,熟悉设备的原理与接线,掌握故障检查的方法,不断总结实际经验,才能快速完成故障的定位与维修。

同时在变频器日常运行过程中,要加强日常的保养与维护:

(1)变频器必须保持干净整洁,应根据现场实际情况随时清扫。

(2)确保周围空气中不含有过量的尘埃、酸、盐、腐蚀性气体。

(3)加强变频器安装场地的通风散热。变频器运行情况是否良好,只有通过良好的维护保养工作,才能够减少设备故障的产生。

参考文献

[1] 西门子MICROMASTER 440型变频器使用说明书[EB/OL].2013.

[2] 黄俊,王兆安.电力电子变流技术(第四版)[M].北京:机械工业出版社,2001:49-56.

[3] 李传珊,刘永军,吴建宁.电工基础[M].北京:电子工业出版社,2011:171-173.

变频器原理范文第5篇

【关键词】变频器技术;节能原理;应用

变频器技术的发展与应用彻底改变了传统的直流调速、变极调速以及滑差调速等调速技术,它与可编程控制器以高效率、高功率因数、其优良的调速及起/停性能等优点被公认为这个时代最为恰当合适的调速控制装置。

1.变频器的基本构成

变频器基本构成根据其工作方式可分为两种,即:交―交、交―直―交。交―交变频器是将工频交流电转化为频率、电压都能够控制的交流电,所以,这种变频器亦被称为直接式变频器;交―直―交变频器是将工频交流电通过整流器转化为直流电,然后再把直流电转化为频率、电压都能够控制的交流电,所以,这种变频器亦被称为间接式变频器。就目前来看,我国生产中普遍用的是间接式变频器。

1.1整流器

我国整流器一般都采用二极管变流器,二极管变流器的主要作用是将工频交流电转化为直流电源,也可采用两组晶体管变流器组建可逆变流器,由于其功率方向的可逆性,所以可再生运转。

1.2滤波电路

经过整流器的处理,在直流电压中会含有等于电源六倍频率的脉动电压,而且逆变器所生产出的电流也会造成直流电压有所变动,所以,为有效对电压波动加以控制,可使用电感及电容对所产生的脉动电压进行吸收处理,如装置的容量较小,主电路及电源的构成器件还有雨量,就能省去电感,直接使用滤波电路。

1.3逆变器

逆变器和整流器正好相反,逆变器是将整流器处理完成的直流电源转化为频率及电压均满足异步电动机运行要求的直流电。

1.4控制电路

控制电路用来为电动机主电路提供及时的信号回路,其包括有电流和电压监测电路、转速检测电路、频率和电压运算电路、电动机与逆变器保护电路及运算电路信号放大驱动电路等。控制电路是根据线路的回馈信息从而对整理器以及逆变器的输出进行控制,以使电压及频率都能够满足电动机的正常变频运行。

2.水泵变频器的节能原理

水泵属于平方转矩负载,根据其工作原理,我们可设其转速为n,设流量为Q,其扬程设为H,泵的轴功率设为N,所以,其关系式可如下所示:

Q1=Q2(n1/n2),H1=H2(n1/n2)2,N1=N2(n1/n2)3

根据以上关系式可以看出,泵流量与转速成正比,扬程与转速平方成正比,轴功率与转速立方成正比,而当电动机驱动水泵时,电动机轴功率P可按下面的公式表示:

P=ρQH/ηcηF×10-2

公式中:ρ表示矿井水的重度,η C 表示工况点时效率,η F表示传动效率。

据下图我们可以看出泵流量Q和扬程H的曲线关系图,其中①曲线为泵在n1转速下扬程--流量的特性曲线,⑤曲线为泵在n2转速下扬程--流量的特性曲线;②曲线为泵在n1转速下功率--流量的特性曲线;③、④曲线为管阻特性曲线。

泵的扬程--流量曲线

假设水泵在A点工作效率最高,水流输出量Q达到100%,则该点的轴功率P1与A H1Q Q 1的面积成正比,根据生产工艺的要求,当输出流量需要从Q1缩减到Q2时,若直接调节阀门,会使管阻从曲线③转变到曲线④,整个系统都会由原先的最佳工作效率A转变到新的最佳工作效率点B,水泵扬程随之增加,轴功率P2与BH2QQ2成正比。如果使用变频器进行控制,水泵转速会从n1降到n2,在满足同等流量Q2的前提下,水泵扬程H3大幅度降低,轴功率P3则与CH3OQ2的面积成正比。通过对比,我们可以看出,P3显著减小,所节省的功率损耗与BH2H3C成正比,因此,节能效果非常显著。

3.变频器节能应用

目前,变频器节能技术主要应用于我国泵类和风机等设备,较好的实现了生产中安全高效、节能降耗的目的,这种技术成为我国实现节能降耗的重点推广技术,我国能源法中的第39条将其列为通用技术并进行推广。通过实践表明,变频器技术应用于我国的泵类及风机设备中的驱动控制,能够取得优秀明显的节能效果,所以,变频器技术是现代生产中经济合理的一种调速控制技术。

随着变频器技术越来越成熟,该技术更灵活的在我国泵类、风机、空调器、数控机床以及传送给料系统等领域得到运用,而且现在正在我国的煤矿采煤机和矿井提升机等设备中尝试推广应用。变频器技术应用在我国煤矿行业,可起到节约企业电力能源,提升机械设备自动化程度的作用,进而为提高煤炭生产效率、提高煤炭产品质量提供了有力的技术保证。

4.结束语

变频器技术应用于电机设备,可满足电机运行中的软启软停要求,从而使电机设备对配电网的冲击度降低,并能有效降低电机启动时线路损耗,从而降低机械的磨损以及设备的维护维修所产生的费用。变频器技术的恰当运用,能够直接为企业和社会带来经济效益。所以该领域的技术人员应该缜密分析,积极探索,使变频器技术能够更好的服务于我国的节能降耗事业。

【参考文献】

[1]王文山.变频器的节能原理及其应用[J].科技创新导报,2008(8):113.

[2]张令东.变频器节能技术及应用展望[J].电力科技,2012(6):120.

[3]何永仁.浅谈变频器节能[J].广东化工,2012,39(10):105-105.

变频器原理范文第6篇

【关键词】变频器;节能原理;应用;探讨

近年来,我国的科学技术飞速发展,科学技术带动着我国的电力技术以及信息技术发展,其中,自动控制技术也因此迈上一个新的台阶。电气传动与控制技术的进步注定要掀起一场大的技术革命,就是用新的交流调速技术取代直流调速以及计算机数控技术代替我们传统的模拟控制技术。当今,科技为很多条件的优化创造了可能,比方说对于电动机的交流变频调速,由于其出众的调速范围和启动性能,更重要的是在节约电力方面,被很多领域所应用,现阶段其已经充当着节能减排、提升生产效率、保护周围环境的的重要角色。在我国社会生产生活中发挥着至关重要的作用。

1.变频器的工作原理和基本构成

什么是变频器?从组成上来讲,变频器通过电力半导体器件的通断作用,对工频电源进行变换的装置,一般将工频电源转化为其他频率的电能控制装置。这样的话,就可以对交流异步电机进行功能上的调节,例如软启动、过压、过流、提升运转精度等等。变频器基本构成根据其工作方式可分为两种,即:交―交、交―直―交,一般来说,我们日常接触到的变频器,通常是一直一交的构成方式,工作原理就是首先将工频的交流电,通过整流器的转换作用变成直流电,然后再利用变频器将直流电转化为能够控制的交流电供电动机使用。

2.变频器的节能原理

我们都知道,对于变频器本身来讲,其是不会在节约电能方面起作用的,它只不过是节能系统组成的一部分。而利用变频技术的优势,就是可以实现对电机的精确控制,比如电机的高精度控制和高特性控制。而变频器在节能方面的作用,就是可以控制运作电机的转速来节约电能的不必要使用,从而达到节约能源的最终目的。

变频器技术是一项具有较强综合性的技术,它把电力电子技术与变频技术紧密结合,通过控制电动机电源频率的工作方式实现对电动机机械设备的控制。其中,变频技术包括电力电子技术、计算机应用技术等,在确保电动机稳定运行的条件下,能有效控制电动机的自动加速与减速运行,从而提高电动机的工作效率,降低能源的消耗。此外,变频器技术还具有较强的过电流、过电压等保护功能。变频器的节能方式是根据实际需求的不同来划分,主要分为软启动节能方式和变频节能方式两种节能方式,不同的节能方式具有不同的节能原理。

3.变频器的节能应用

对于变频器在我国的应用,广泛来说应用十分广,但是主要还是集中在风机和泵类的机械设备身上,通过变频器的变频作用可以进一步节约电能。由于其在节能减排方面的突出作用,变频技术被我国所重视,并在近几年进行了很大范围的推广。变频技术的应用取得了显著的成效,有其是风机和泵类等设备的控制方面,节约了大量的能源,在现代生产中扮演越来越重要的角色。与此同时,在交流异步电动机方面,变频技术整合进变频系统被广泛应用于我国的数控机床、传送带给料系统的启动源。

近几年,科技的不断进步,人们生活水平的不断提高,变频技术的身影遍布我们生活的方方面面,并且随着时间的不断推移而不断成熟,在不同的生产领域都发挥着极其重要的作用。在高耗能产业,比如说煤矿企业,变频器能够在节约电能方面起到十分显著的作用,同时可以进一步提高企业的机械设备自动化程度,进一步对煤矿企业的生产效率提升以及提升煤炭质量起到推动作用。同时,变频技术应用于煤矿企业的通风环节,可以大大增强矿区的空气流通效率,进一步保证煤矿安全。总而言之,变频器技术能够广泛应用于各种不同的领域,并充分发挥其节能效果,最大限度地为生产机械做出重要贡献。

4.结束语

总而言之,变频器的使用可以在很大程度上节约各种设备的能源消耗,还可以进一步减少设备启动时不可避免的电路损耗,这样便增长了设备的使用寿命,减少不必要的维修开支。合理运用变频器,其节电率可以达到30%以上,其中发展潜力巨大,十分值得推广与应用。同时,变频器的合理利用在维护企业经济效益方面也同样扮演着重要的角色,所以,针对变频器的重要作用,我们技术研究人员应该进一步抓紧对变频技术的研究,让变频技术更有效为社会服务,大大提高企业的经济效益和经营利润。

参考文献

[1]吴爽.浅谈变频器节能的原理及应用[J].广东科技,2007 (S2).

[2]李永鑫.变频器节能技术原理及应用分析[J].电子制作,2013(05).

[3]王俊强.试论变频器节能技术原理及其应用[J].科技创新与应用,2013(19).

变频器原理范文第7篇

关键词 高压变频器;原理;应用

中图分类号:TN773 文献标识码:A 文章编号:1671―7597(2013)031-113-01

现代工业领域中,拥有大量的大功率风机、泵类设备,例如高炉鼓风机、炼钢制氧机、除尘风机、石化生产的压缩机,还有电力工业的给水泵、引风机,矿山的排水泵、排风扇以及城市供水泵等、这些设备的驱动电动机都是400 kW-40000 kW、3 kV-10kV的大功率高压交流电动机,如果不用调速装置,将使电能造成很大的浪费。轧钢机、电力机车等也常用大功率高压电动机驱动或牵引,也需要调速装置来进行精确控制。据统计,高压电动机用电量占总的电动机用电量的2/3以上。因此,在工作实践中不断加强对高压变频器的原理及应用的分析是十分必要的。

1 高压变频器的原理及分类

1.1 原理分析

所谓高压变频器,一般情况下是指电压高于AC380V的变频器,常见的有0.69 kV、2.3 kV、3kV、6kV和10kV电压等级。由于和电网电压相比,只能算作中压,因此在国外通常也称这类变频器为中压变频器(MidiumVoltage)。高压变频器和低压变频器实质上区别不大,在变频原理、机械特性与负载特性、控制技术、对周边电气设备的影响等方面基本上是相同的。只是由于开关器件的耐压、造价和谐波对周边设备影响较大等原因,开发了新的高压变频器主电路拓扑结构。此外因负载对动稳态的要求较高,故对PWM控制方法及控制技术等方面也有许多新的开发。

1.2 高压变频器的分类

高压变频器按结构特点可分为两类结构方式:第一类为高一低一高式高压变频器,由降压变压器将电网高压降为市用低压(如400 V),接人一般低压变频器变频,再经升压变压器升为高压,驱动高压电动机,包含了高、低、高三个环节,故称为高一低一高式高压变频器;第二类为高一高式高压变频器,变频器直接接到电网高压,变频后直接接到高压电动机,只有高、高两个环节,没有低压环节,故称为高一高式高压变频器。这类变频器又分开关器件串联式、钳位式和功率单元串联式三种高压变频器。所谓开关器件串联是指一般两电平变频器每个桥臂用两个或两个以上开关器件串联,以适应承受高压的需要。高压变频器按输出电平可分为两电平和多电平两类,两电平变频器输出只有两个电平,包括高一低一高式、开关器件串联式高压变频器;多电平变频器是指输出多于两电平的变频器,包括钳位式变频器和功率单元串联式变频器,其中三电平钳位式变频器应用最广。

2 电厂应用高压变频器的问题与对策

2.1 选择合适的高压变频器类型

在电厂实际生产中,特别是100 MW以上的机组,生产辅机中高压电机占主要地位,这部分的负载用电占厂自用电的比例很大,因此,使用高压变频技术进行节能改造大有潜力。火电厂可以使用高压变频器的负载很多,主要有锅炉引风机、鼓风机、给水泵、循环水泵、灰浆泵以及给料系统等。目前,结合电厂负荷实际情况做好选型工作是使用高压变频技术最重要的一步。工程实践中,通常选用高―低―高型变频器以及直接高压型变频器中的三电平方案和单元串联多电平方案。①负载容量小于500 kW这个容量范围的变频器占全厂总负荷比例较小,无论是老设备改造还是新建的项目,当谐波并非主要问题时,完全可以采用6脉冲(或者12脉冲),价格低廉,投资回报快,相比之下如果采用变频器,由于系统结构的原因,单位价格(元/kW)非常高,有些大材小用。当然更为理想的是能够采用扃―中方案,变频器直接驱动690VAC电机,系统效率和应用效果都能处于最佳。②负载容量在500 kW-800 kW之间此段容量的高压变频器既可以采用高―低―高方案,也可以采用直接输出高压方案,这就需要用户对装置性能、谐波影响、装置尺寸、安装场地、投资运算、使用维护等多方面综合进行评估。通常情况下,对于新建项目,采用高―中方案,变频器直接驱动690VAC电机,整个系统的综合性能价格比较高,而对于老设备改造项目,如果原有电机不做改动,那么采用三电平电压源型高压变频器和单元串联多电平型高压变频器比较合适。③负载容量在800 kW以上800 kW以上的高压变频器负荷容量相对较大,对于高―低―高或高―中方案来说,690VAC部分的输出电流比较大,截面积较大的输出电缆不便于铺设和连接,因此适宜选用直接输出高压型方案,建议采用三电平电压源型高压变频器或者单元串联多电平型高压变频器。

2.2 实际应用中的问题与对策

高压变频器是集电力电子技术和控制技术为一体的大型电气设备,实际应用中可能碰到各种具体问题需要采取不同对策,以保证设备长期可靠运行。

1)变频器散热无论是哪种形式的高压变频器,其正常发热量大约为容量的4%-6%。对于安装场所来说,必须做好通风散热,过高的环境温度会使变频器输出功率降低,并加速电子元件的老化,影响变频器使用寿命,因此建议给变频器加装通风散热风道或加装空调。

2)变频电机普通电机通过自有的风扇冷却,但在变频调速过程中其冷却效果随着电机转速降低而下降,对于长期运行在较低频率且需要输出较大转矩的场合,应当考虑采用独立电源供电的变频电机。

3)变压器几乎所有形式的高压变频器都有进线变压器,如果采用干式变压器放置在配电室内,最好能配置柜体,并考虑散热。

4)控制电源某些品牌高压变频器需要低压控制电源,建议对控制电源增设UPS保证可靠供电,防止因控制电源故障导致变频器跳闸。

5)旁路刀闸切换对于重要场合的负载,建议增加工频旁路,可以采用简单可靠的旁路刀闸(3只刀闸)配置成切换柜,3只刀闸间建立相互联锁的关系,当变频器故障跳闸后通过刀闸切换,使工频电网直接驱动电机运行。

参考文献

[1]曾允文编.变频调速SVPWM技术的原理、算法与应用[M].机械工业出版社,2010 .

变频器原理范文第8篇

关键词:变频器;节能;应用;原理

前言:早在十九世纪的八十年代就已经发明变频器并得到应用,经过多次的节能和调速等因素的提升,目前在各行业中已经得到了十分广泛的应用。变频器之所以得到广泛的应用,主要是凭借较好的调速性能、较高的功率因数以及能实现软启动模式等优势,能够在节能方面不断开发,下面将对其原理和应用做出分析。

1.变频器概述

根据变频器的工作方式可分为交-交和交-直-交两种变频器。第一种变频器将工频交流电转为电压及频率能够控制的交流电,因此也称为直接式变频器;第二种变频器是将工频交流电转变为直流电,这个过程是利用整流器来实现的,再将其转换为电压及频率可以控制的交流电,因此也称为间接式变频器。我国目前使用较为广泛的是后者。

1.1整流器

我国变频器中采用的整流器一般都是二极管交流器,主要功能就是将工频交流电转化为直流电,除此之外还能利用两组晶体管变流器组成可逆变流器,主要优势是电流可逆从而运转可再生。

1.2逆变器

与整流器恰好相反,逆变器主要功能是将整流器处理后得到的直流电转化为交流电,且电压和频率都能满足异步电动机运行的所有要求。

1.3控制电路

控制电路主要功能是为电动机电路提供信号回路,具体包含电压监测、电流监测、电压运算、频率运算以及逆变器保护电路等。控制电路对逆变器和整理器的控制主要依靠线路回馈信息为主要根据,从而保证正常的频率及电压以确保电动机正常运行。

1.4滤波电路

经过整流器处理后得到的直流电,其电压中的脉冲电压相当于电源频率的至少六倍,经过逆变器处理后得到的电流也会对直流电压有较大影响。因此,为了更好的控制电压的波动情况,可以对脉动电压做吸收处理,主要利用电容和电感来实现,如果装置容量很小,电源和主电路构成器件有余量则可不使用电感,直接通过滤波电路来实现。

2.变频器节能技术原理探讨

2.1功率因数补偿方式利于节能

无功功率会导致设备发热较为严重,而且也会增加电线的损坏,同时由于功率因素降低会导致电网有功功率大幅度降低,这是最为重要的一点。因此,无功电能大部分在线路中被消耗,严重影响设备效率,而且还出现非常严重的浪费现象。而在装置了变频调速设备后,由于变频器中滤波电容能够将无功损耗降到最低,因此使电网有功功率得以大幅度提升。

2.2变频节能方式

依据流体力学来说,功率是压力和流量的成绩,而压力是与转速二次方成正比,流量与转速一次方成正比,功率是与转速的三次方成正比。那么我们假定效率是固定不变的,当调节流量降低时,则转速下降比例与其成正比也随之下降,功率则呈现三次方下降,因此其转速与电机好点功率之间的关系接近于三次方关系。举例说明,如果电机功率为60KW,那么将其转速调节到原来的百分之八十后,其耗电量每小时为三十千瓦,省电率不到百分之五十,但是如果将其调节为原来的一半后,耗电量每小时是六千瓦,但省电率却高达85%。

2.3软启动方式实现的节能

大部分电机的启动都是直接启动,或者是通过Y/D进行启动,启动时电流将超过其额定电流的五六倍左右,此时过大的电流就会电机等设备以及供电电网造成十分严重的影响甚至破坏,同时对电网容量的要求更高。由于启动时间段会形成较大的电流,同时还会发生振动,在振动时会对挡板及阀门造成比较严重的损坏,设备及管路等使用寿命也会相应的缩短。而应用变频器后,变频器装置能够实现软启动模式,也就是启动时电流是从零开始,而且最高也不会超过其额定电流值,因此对机电设备和电网的损害也就大幅降低,同时对供电容量的要求也不会非常高,设备及阀门因受到的振动降低而实现延长寿命的目的。

3.变频器节能技术应用探讨

3.1变频器升速节能技术分析

变频器的升速过程是指从某个较为稳定的状态转换到另外一个同样相对稳定的状态的过程,通常情况下,如果这个过程产生的电流没有高于额定电流,那么升速时间就会比较短。变频器不仅仅是单纯的实现升速或者降速,还能利用升速方式对各个时段加速度进行控制。目前使用最普遍的升速方式有三种,频率时间的S形方式、线性方式和半S形方式。在实际的应用过程中要根据具体情况和环境来选择恰当的升速方式,例如电梯启动后如果在上升或下降的途中突然升速或降速都会让使人感到很不舒服,因此可以选择S形调速方式。但是如果是鼓风机的使用,其低速负载转矩较小,因此最好选择半S形调速方式比较合适。

3.2变频器过载情况下的保护功能分析

变频器过载情况下的保护功能主要是为了保护电动机不会被烧坏,其实根本上就是保证电动机的温度不会超过额定温度值。低频环境中电动机运行很可能由于散热不好而导致比较严重的发热现象,当散热过于严重而导致温度升高超过其额定值后就很可能烧坏电动机。但是使用变频器后,由于变频器具有电子热保护功能,而且在运行频率不相同的情况下其保护曲线也都有所差异,同时其运行的频率也比较低,连续运行的时间可以很短,从而对电机起到保护作用。

结束语:

变频器虽然在多年前就已经使用,但是在各方面的技术都不够成熟,如今节能减排实现可持续发展是我国所提倡的发展之路,因此变频器节能技术得到了较为广泛的推广,同时各行各业也都开始关注变频器节能技术。在引进变频器节能技术的使用后,不仅能够提高茶品质量、节约能源、降低能耗,还能实现企业更大化的经济效益。大庆炼化公司机电仪厂也引进了变频器节能技术的应用,同时对该技术不断的研究和改善,争取更好的为企业节约能源、提高效益。

参考文献

[1]王敬怡.浅析变频器节能技术原理及其应用.科技创新导报, 2013, (14)

[2]周伟.变频器节能技术原理及应用研究.科技致富向导, 2013, (11)

变频器原理范文第9篇

[关键词] 变频器;分类;安装规范。

中图分类号: TM411 文献标识码: A 文章编号:

一、变频器的定义

变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源,以实现电机的变速运行的设备,其中控制电路完成对变频器主电路的控制,整流电路将交流电变换成为直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说,有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频调速通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。

二、变频器的基本原理及分类

交流电动机的同步转速表达式位:

n=60 f(1-s)/p

式中 n———电动机的转速;

f———电动机的频率;

s———电动机转差率;

p———电动机极对数。

由上式我们可以知道,转差率s不变,调节电动机电源频率f,电动机的转速n大致随之成正比变化。若要均匀地改变电动机电源频率f,则可平滑地改变电动机的转速,从而达到调节电动机转速的目的。

目前国内外变频器种类很多,具体可按以下几种方式进行分类。

按变换环节分类

交—直—交型变频器

交—直—交型变频器是首先将工频交流电整流成直流电,通过滤波转换成较为平滑的直流电,再将平滑的直流电逆变成频率连续可调的交流电。由于其整个过程较容易控制,以及调频后的电动机特性等方面都有明显的优势。因此这种变频器得到广泛使用。

2.交—交型变频器

交—交型变频器是把工频交流电直接转换成频率连续可调的交流电。其结构优点省去了中间环节,变换效率高;但其连续可调的频率范围窄,一般为额定频率的1/2以下,所以它主要用于低速大容量的调速控制系统中。

(二)按输入电压的相数分类

1.三相变频器

三相变频器的输入侧和输出侧都是三相交流电,目前绝大多数应用的都是三相变频器。

2.单相变频器

单相变频器的输入端是单相交流电,而输出侧是三相交流电。此类变频器的容量较小,常用于家用电器中对电动机的变频调速用。

(三)按输出电压的调制方式分类

1.脉幅调制 PAM

脉幅调制是通过调节输出脉冲的幅值来调节输出电压的一种方式。

2.脉宽调制 PWM

脉宽调制是通过改变输出脉冲的宽度和占空比来调节输出电压的一种方式。

(四)按滤波方式分类

1.电压型变频器

这种变频器适用于在不超过容量限度的情况下,可以驱动多台电动机并联运行,具有良好的通用性。

2.电流型变频器

在交—直—交变频器中,其中间电路采用串联大电感滤波时,直流回路中的电流波形比较平直,对负载来说基本上是一个恒流源,输出交流电流是矩形波或阶梯波,这叫做电流源变频器,或称电流型变频器。

(五)按电压等级分类

1.低压型变频器

此类变频器单相电压为220V~240V、三相电压为220V或380V~460V,容量为0.2~280KVA,多则达500kVA。因此,又把这类变频器称为中小容量变频器。

2.高(中)压型变频器

高(中)压型变频器通常是指电压等级在1kV以上的大容量型变频器,其容量多为500kVA以上。

三、变频器及设备的选择

(一)变频器选型

1、按照变频器内部直流电源的性质分为两种。电流型变频器适用于频繁急加减速的大容量电动机的传动控制,并在主电路不附加任何设备的情况下就可实现电动机的再生发电制动;电压型变频器则适用于多台电动机并联运行的传动控制,但需要在电源侧附加反并联逆变器,才可以实现电动机的再生发电制动。

2、可根据受控电动机功率及现场安装条件选用合适的类型。一种是固定式,功率一般在37kW以下;第二种是书本型,功率为0.2~37kW,占用空间相对较小,安装时可紧密排列;第三种是装机/装柜型,功率为45~200kW,需要附加电路及整体固定壳体,体积较为庞大;第四种为柜型,控制功率为45~1500kW,具备装机/装柜型的特点,且占用空间很大。

3、从变频器的电压等级来看,有单相AC230V,也有三相AC 208~230V、380~460V、500~575V、660~690V等多个等级,应根据电动机的额定电压进行选择。

4、变频器的防护等级分为IP10、IP20、IP30、IP40,分别能防止Φ50,Φ12,Φ2.5,Φ1固体物进入。应根据变频器使用场所来选择相应的防护等级,以防止鼠害、异物等进入。

5、从变频器的最高输出频率来看,有50Hz/60Hz、120 Hz、240 Hz或更高,应根据电动机的调速最大值进行选择。

6、使用变频器驱动高速电机时,由于高速电机电抗小,高次谐波增加导致输出电流值增大。因此在高速电机的变频器选型时,其容量要稍大于普通的电机。

7、对于一些特殊应用场合,如在高温,高海拔的条件下时,可能会引起变频器的降容,变频器容量要放大一挡。

变频器在选型时,除兼顾上述几点要求外,还应综合考虑负载特性和生产现场的实际情况,才能正确选择合适的型式。

变频器设备的选择

变频器的设备是用来构成更好的调速或节能系统,选用设备通常是为了提高系统的安全性和可靠性,增加对变频器和电动机的保护,减少变频器对其他设备的不利影响。

变频器设备主要有:输入变压器、空气断路器、交流接触器、交流电抗器、滤波器、直流电抗器、制动电阻等。结合我厂实际工作情况,需要技术人员确定设备参数、设计原理图及二次控制图的主要设备有低压断路器、交流接触器。

四、变频器接线规范及其安装、使用中的注意事项

(一)变频器接线规范

1、信号线与动力线须分开走线:使用模拟量信号进行远程控制变频器时,为减少模拟量受来自变频器和其它设备的干扰,请将控制变频器的信号线与强电回路分开走线,且距离应在30cm以上。即使在控制柜内,同样要保持这样的接线规范。该信号与变频器之间的控制回路线最长不得超过50m。

2、信号线与动力线须分别放置在不同的金属管道或软管内:放置信号线的金属管一直要延伸到变频器的控制端子处,确保信号线与动力线彻底分开。模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线,规格为0.75mm2。在接线时要注意,电缆剥线时要尽可能短(5-7mm左右),同时对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包裹起来,以防止屏蔽线与其它设备的接触引入干扰。

(二) 变频器安装要求及实际使用问题的解决办法

1、变频器在控制柜内的安装方式

在变频器的实际应用中,小功率的变频器有需要将多台安装在同一控制柜内,为减少相互热影响,一般建议横向并列放置,如要求必须上下纵向安装时,为降低散热造成的不利影响,应在变频器之间加入隔板。

2、温度要求。一般要求为 0~55℃,但为了保证变频器工作时的安全可靠,使用时最好控制在40℃以下。周围温度的下限值多为0℃或–10℃,以不结露为前提条件。在控制柜中,变频器一般安装在柜体的上部,严格遵守产品说明书中的安装要求,绝不允许把发热元件或易发热元件紧靠在变频器的底部安装。当周围环境温度变化较大时,变频器内部易出现结露现象,导致其绝缘性能降低,甚至可能引发短路事故。必要时,在控制柜中加入干燥剂和加热器。较大功率的变频器还需要在控制柜内加装风扇,其风道要求设计合理,所有进风口要设置防尘网,排风通畅,避免在柜中形成涡流,造成灰尘堆积;根据变频器说明书的通风量来选择匹配的风扇,其安装要注意防震问题。

3、抗振动和冲击。变频器控制柜受到机械振动或冲击时,会引起电气接触不良。尽量提高控制柜的机械强度、远离冲击源,必要时使用抗震橡皮垫固定控制柜内电磁开关类可能产生振动的元器件。

4、抗电磁波干扰。变频器控制柜内的仪表和电子系统应选用金属外壳,屏蔽变频器对仪表的电磁干扰。所有元器件可靠接地,除此之外,各电气元件、仪表之间的连线应选用屏蔽控制线,母线与动力线要保持不少于100mm的距离。

5、防护要求

1)防水:如果变频器放在现场,需要注意变频器控制柜上方不能有管道法兰或其他漏水点,在其附近不能有喷溅水流,且变频器柜柜体防护等级要在IP43以上。

2)防尘:所有进风口要设置防尘网阻隔絮状物进入,防尘网应为可拆卸式,以方便清理。防尘网网格根据现场的具体情况确定,防尘网四周与控制柜的结合处要处理严密。

6、变频器的接地

正确的接地是提高系统稳定性的重要手段。变频器接地端子的接地电阻越小越好,接地导线截面积不小于4mm2,长度不超过5m。变频器的接地应和动力设备的接地点分开,不共地。

六、总结

目前变频器在工业、民建等诸多行业应用较为广泛,国内外变频器的品牌型号种类繁多,价格也相差较大。例如国外有ABB、西门子、施耐德等知名品牌,国内有英威腾、四方、青岛立邦达等多个品牌,国内变频器价位较国外要低很多,同等功率可能相差一倍甚至更多。在一般情况下,变频器品牌根据甲方用户的要求进行选取,工业用户多用国外品牌。主要是依据图纸设计意图,对所选用的变频器参数和设备是否合理进行分析,如需按招标方要求进行转型时,再查找相关厂家资料,以求得和原图纸型号中功能相一致的替代产品,使得自身在投标过程中能取得一定优势,有利于企业在行业中的发展壮大。

[参考文献]

[1] 《低压开关柜安装、调试、运行与维护手册》

[2] 《电气设备安装、试验、检修与运行维护手册》

变频器原理范文第10篇

【关键词】 变频器 同步控制 港口

在大量的电机驱动工程实践应用中,为了确保多个电机负载分配的均衡,电机动作的同步,就需要引入同步控制的工作概念,这对于提高驱动系统的控制精度与稳定性而言都是至关重要的。正确把握变频器同步控制的基本工作原理对于促进其实践价值的发挥有重要意义,望引起重视。本文即针对该问题做系统分析与研究。

一、变频器同步控制原理

对于变频器而言,可以说其是最为常见的变频器控制模式之一。主驱动的控制模式以速度性控制为主,从驱动的控制模式则以转矩控制为主。同步控制可能涉及到的工况有如下几个方面:其一,在变频器主驱动与从驱动的电机轴通过传输带,以柔性方式连接的情况下,两者之间不可避免的会发生一定的速度差。此情况下,传输带自身的张力能够缩短主从电机之间的转矩差距,驱动可以速度控制方式运行,确保转速的稳定与可靠。其二,在变频器主驱动与从驱动的电机轴通过齿轮(或者是链条),以刚性方式连接的情况下,由于连接方式已经排除了发生电机速度差的问题。故而,在从驱动以转矩控制方式运行的过程当中,其可以直接通过输出转矩的方式来维持主驱动负荷水平的平稳,而主驱动则负责以速度控制方式完成控制作业。其三,无论采取的柔性还是刚性连接方式,若主从电机在正常运行状态下无法从机械角度确保转动速度的稳定与一致,对于从驱动而言,除要求以速度控制方式运行以外,还需要支持转矩控制模式,实现变频器在速度控制与转矩控制模式之间的灵活切换。

二、变频器同步控制在港口中的应用

港口二期翻车机系统中每次进行2节车皮的翻卸作业,主要构成结构包括前后梁、平台、底梁、以及端环这几个方面。主体结构直接设置在翻车机回转支撑轮上,受驱动电机的影响执行旋转动作,该港口翻车机通过变频器完成驱动。本设计方案,翻车机运行期间可能存在以下几个方面的问题:其一,主驱动出力以及从驱动出力存在较大的偏差问题,主变频器对应运行电流较从变频器而言明显较高;其二,同样是受主变频器与从变频器受力不均的因素影响,导致变频器相关电器元件使用寿命受到严重不良影响,增大主驱动机械结构受力,加剧磨损,最终导致翻车机驱动常见振动问题;其三,由于变频器的控制模式为转速控制,故无法及时针对驱动力矩的变化做出响应,由此导致翻车机在力矩分配上存在严重的问题,电机正常运行期间还可能发生异常抖动方面的问题。

针对该问题,认为改进设计方案的关键在于:对变频驱动控制系统进行调整与优化。改进的目标在于:提高驱动控制的精度以及控制动作的响应时间。确保主变频器、次变频器对应的电机转动速度完全一致,输出转矩完全一致。故而所采取的设计方案为:其一,从主驱动变频器的角度上来说,运行功率设定为200.0kW,以转矩方式进行控制,速度给定方式为PLC模拟量输出,转矩给定方式为负载以及驱动转矩;其二,从从驱动变频器的角度上来说,运行功率设定为200.0kW,以频率方式进行控制,速度给定方式为力矩计算与机械结构,转矩给定方式为主驱动转矩取值。

变频驱动改造期间,在驱动电机上增设了独立运行的测速编码器,同时采取软件形式设定变频器参数并进行调整。同时,从机械对称的角度上来说,将所对应的编码器接线线路进行对换处理,借助于此种方式确保变频器所检测得出的电机旋转方向与实际方向完全一致,降低运行期间发生编码器错误的故障。通过以上改造,该港口翻车机运行平稳,未再次发生电机抖动方面的问题。变频器输出电流基本一致,能够伴随工作负载变化对应发生变动,证实改造效果确切。

三、结束语

总而言之,变频器同步控制需要在电机负载连接以及控制精度的灵活选择上来实现。通过对变频器同步工作原理的严格控制,能够使包括港口在内的各种设备驱动系统对变频器的应用更加可靠与稳定。

参 考 文 献

[1] 李凤阁,林景波,佟为明等. 基于PLC和变频器的同步控制实验系统[J]. 实验技术与管理,2011,28(11):32-35,40

[2] 袁新宇,张杰,王金涛等. 基于MM440的电动架车机双频调速同步控制[J]. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版),2013,35(5):631-634

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