变频器基础知识 点击:950 | 回复:5



东方万友

    
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发表于:2008-06-02 21:14:31
楼主
通用变频器的选择包括变频器的型式选择和容量选择两个方面。其总的原则是首先保证可靠地实现工艺要求,再尽可能节省资金。
  根据控制功能可将通用变频器分为三种类型:普通功能型U/f控制变频器、具有转矩控制功能的高性能型U/f控制变频器(也称无跳闸变频器)和矢量控制高性能型变频器。变频器类型的选择要根据负载的要求进行。对于风机、泵类等平方转矩,低速下负载转矩较小,通常可选择普通功能型的变频器。对于恒转矩类负载或有较高静态转速精度要求的机械采用具有转矩控制功能的高功能型变频器则是比较理想的。因为这种变频器低速转矩大,静态机械特性硬度大,不怕负载冲击,具有挖土机特性。日本富士公司的FRENIC5000G7/P7、G9/P9、三肯公司的SAMCO-L系列属于此类。也有采用普通功能型变频器的例子。为了实现大调速比的恒转矩调速,常采用加大变频器容量的办法。对于要求精度高、动态性能好、响应快的生产机械(如造纸机械、轧钢机等),应采用矢量控制高功能型通用变频器。安川公司的VS-616G5系列、西门子公司的6SET系列变频器属于此类。
  大多数变频器容量可从三个角度表述:额定电流、可用电动机功率和额定容量。其中后两项,变频器生产厂家由本国或本公司生产的标准电动机给出,或随变频器输出电压而降低,都很难确切表达变频器的能力。选择变频器时,只有变频器的额定电流是一个反映半导体变频装置负载能力的关键量。负载电流不超过变频器额定电流是选择变频器容量的基本原则。需要着重指出的是,确定变频器容量前应仔细了解设备的工艺情况及电动机参数,例如潜水电泵、绕线转子电动机的额定电流要大于普通笼形异步电动机额定电流,冶金工业常用的辑道用电动机不仅额定电流大很多,同时它允许短时处于堵转工作状态,且辘道传动大多是多电动机传动。应保证在无故障状态下负载总电流均不允许超过变频器的额定电流。
一、U/f控制原理
三相异步电动机每相电动势的有效值: (14—1)
式中 --定子电压频率; --与绕组结构有关的常数; --每极气隙磁通量 ;
由式14—1可知,如果定子每相电动势的有效值E1不变,改变定子频率时就会出现下面两种情况:
(1)如果 大于电动机的额定频率厂 ,那么气隙磁通量ΦM就会小于额定气隙磁通量ΦMN。其结果是:尽管电动机的铁心没有得到充分利用是一种浪费,但是在机械条件允许的情况下长期使用不会损坏电动机。
(2)如果 小于电动机的额定频率,那么气隙磁通量ΦM就会大于额定气隙磁通量ΦMN。其结果是:电动机的铁心产生过饱和,从而导致过大的励磁电流,严重时会因绕组过热而损坏电动机。
要实现变频调速,在不损坏电动机的条件下,充分利用电动机铁心,发挥电动机转矩的能力,最好在变频时保持每极磁通量ΦM为额定值不变。
由式14—1可知,要保持函ΦM不变,当频率 从额定值 向下调节时,必须同时降低El,使El/ 为常数,即采用电动势与频率之比恒定的控制方式。然而,绕组中的感应电动势是难以直接控制的,当电动势的值较高时,可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降,而认为定子相电压U1≈E1,则得U1/ =常数,这就是U/f控制方式。在恒压频比条件下改变频率时,机械特性基本上是平行下移的。低频时,U1和E1都较小,定子阻抗压降所占的分量就比较显著,不能再忽略。结果是,电动机的临界转矩随之减小。为此,在低频时,可以人为地把电压U1抬高一些,以便近似地补偿定子压降。这种方法称为转矩补偿,也叫转矩提升。
二、U/f控制的应用
(一)普通型U/f控制控制通用变频器普通型U/f控制通用变频器是转速开环控制,无需速度传感器,控制电路比较简单,电动机选择通用标准异步电动机,因此其通用性比较强,性价比比较高,是目前通用变频器产品中使用较多的一种控制方式。
日本SAMCO公司生产的SVF系列变频器是一种典型的普通型U/f通用变频器,此系列通用变频器是以单片机为主,配以脉宽调制发生器组成的SPWM控制系统。该通用变频器输出电压为SPWM正弦脉宽调制波,电流近似为正弦波,达到了输出给电动机的电流为正弦波的要求。有兴趣的读者可查找其说明书。
(二)具有恒定磁通功能的U/f通用变频器
通用变频器驱动不同类型的异步电动机时,根据电动机的特性对压频比的值进行恰当的调整是十分困难的。一旦出现电压不足,电动机的特性与负载特性就会没有稳定运行交点,可能出现过载或跳闸。
要想使电动机特性在最大转矩范围内与负载特性处处都有稳定运行交点,就应当让转子磁通恒定而不随负载发生变化。如果采用磁通反馈控制让异步电动机所输入的三相正弦电流在空间产生圆形旋转磁场,那么就会产生恒定的电磁转矩。这样的控制方法就叫作“磁链跟踪控制”。由于磁链的轨迹是靠电压空间矢量相加得到的,所以有人把“磁链跟踪控制”称为“电压空间矢量控制”。考虑到这种功能的实现是通过控制定子电压和频率之间的关系来实现的,所以恒定电磁转矩的控制方法仍然属于U/f控制方式。
日本富士公司的FRENIC5000G7/P7系列通用变频器就是一种恒定电磁转矩控制功能的U/f控制方式。控制电路原理结构方框图如图14—31所示。
采用这种控制方式,可使电动机在极低的速度下转矩过载能力达到或超过150%;频率没定范围达到1:30;电动机的静态机械特性的硬度高于在工频电网上运行的自然机械特性的硬度。在动态性能要求不高的情况下,这种通用变频器甚至可以替代某些闭环控制,实现闭环控制的开环化。这种具有恒定磁通功能的通用变频器,由于限流功能比较好,一般不会出现过流跳闸现象,因此有人把这种通用变频器称为“无跳闸变频器”。
图14—31 FRENIC5000G7/P7控制电路原理结构方框图
当生产工艺提出具有较高的静态、动态性能指标要求时,可以采用转速闭环控制构成转差频率控制系统来满足许多工业应用中的要求。
三、转差频率控制方式
对交流异步电动机进行控制时,如果能象控制直流电动机那样,用直接控制电枢电流的方法控制转矩,就可以用异步电动机来得到与直流电动机同样的静、动态特性。转差频率控制就是一种直接控制转矩的方法。
从异步电动机的等效电路得出,异步电动机稳态运行时所产生的电磁转矩: (14—2)
式中m——定子相数:p——定子极对数; El——定子感应电动势;
r2’——转子电阻折算到定子侧的等效电阻;
L2’——转子电抗折算到定子侧的等效电感;
fs——转差频率; f1——定子电压频率。
由式14--2可知,当转差频率fs较小时,如果El /f1=常数,则电动机的转矩基本上与转差频率fs成正比,即在进行El /f1控制的基础上,只要对电动机的转差频率fs进行控制,就可以达到控制电动机输出转矩的目的。这是转差频率控制的基本出发点。
转差频率fs是施加于电动机的交流电压频率f1(变频器的输出频率)与以电动机实际速度nn作为同步转速所对应的电源频率fn的差频率,即f1= fs +fn。在电动机转子上安装测速发电机等速度检出器可以得出fn,并根据希望得到的转矩(对应于转差频率设定fs0)调节变频器的输出频率f1,就可以输出电动机具有设定的转差频率fs0,即使电动机具有所需的输出转矩。这是转差频率控制的基本控制原理。
控制电动机的转差频率还可以达到控制电动机转子电流的目的,从而起到保护电动机的作用。
为了控制转差频率,虽然需要检测电动机的转速,但系统的加减特性比开环的U/f获得了提高,过电流的限制效果也更好。但是,当生产工艺提出更高的静态、动态性能指标要求时,转差频率控制系统还是不如转速、电流双闭环直流调速系统。为了解决这个问题,需要采用矢量控制的变压变频通用变频器。
一、变频器的保护功能
(一)过电流保护功能
1.升降速过电流的自处理 在升降速过程中,过电流时,变频器将自动延长升降速时间或自动暂停升降速,使电流回到限值以内,然后再恢复到原设定的升降速时间。
2.运行过电流的自处理 在运行过程中发生过电流时,变频器将自动地适当降低工作频率,使电流回到限值以内后,再恢复到原设定频率。
3.必须立即跳闸的过电流 当输出电路短路、接地和逆变电路发生桥臂直通等情况时,会出现危险的短路电流,必须立即跳闸。
(二)过载保护功能
过载保护功能主要用于电动机的过载保护。
(三)电压保护功能
1.降速过电压的自处理由于降速过快而发生过电压时,变频器将自动延长降速时间或自动暂停降速,减缓降速过程,直到电压回到正常范围后再恢复到原设定的降



xzp

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发表于:2008-06-02 23:44:54
1楼

好,很好,学习学习.

wangzhende

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发表于:2008-06-04 10:51:29
2楼

谢谢楼住 我正需要这个

yanyan5088

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发表于:2009-03-17 15:25:02
3楼
内容不错,但是文章中提到的如图14-22等,但找不到电路图在哪儿

yanyan5088

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发表于:2009-03-17 15:25:41
4楼
麻烦楼主提供一下,谢谢了

小小蒋

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发表于:2009-03-17 15:37:54
5楼

谢谢!需要花时间慢慢来看!先收藏了!


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