变频器100问1

2020/1/4致远控制1变频器100问主讲人：别天平电气工程师电话:[phone]QQ:8427202802020/1/4致远控制2变频调速技术是怎样发展起来的？变频可以调速这个概念，可以说是交流电动机“与生俱来”的。同步电动机不消说，即使是异步电动机，其转速也是取决于同步转速(即旋转磁场的转速)的n=n1(1-S)………………(1-1)式中：n——电动机的转速，m/minn1——电动机的同步转速，r/minS——电动机的转差率而同步转速则主要取决于频率n1=60f/p………………(1-2)式中：f——频率，Hzp——磁极对数所以说，交流电动机从诞生之日起，就已经知道改变频率可以调节转速了。但当时，还不具备改变频率的手段。闸流管的问世，使变频调速的梦想出现了能够实现的希望。但那设备的庞大与昂贵，使它无法进入实用的阶段。直到20世纪的60年代，随着晶闸管的出现及其应用技术的迅速发展，变频调速开始进入实用的阶段。但由于许多技术问题解决得还不够完善，调速系统的性能指标难以和直流电机相匹敌，因而未能达到推广应用的阶段。70年代末期以来，一方面，矢量控制理论的提出和实施，使变频调速系统的性能指标达到了与直流电机调速系统十分接近的地步；另一方面，电力电子器件的飞速发展，也使SPWM调制技术日臻完善，变频调速器的体积越做越小，价格也达到了用户能够接受的程度。变频调速这才进入了普及应用的阶段。2020/1/4致远控制3变频调速为什么常缩写成VVVF？VVVF的全称是VariableVoltageVariableFrequency，意思是“变压变频”。原来，在交流异步电动机内，外加的电源电压主要和绕组的反电势相平衡，而绕组的反电势则与电流的频率和每极下的磁通量有关：U≈E=4.44W1ff=Keff可见，磁通量的大小与电压和频率的比值有关：f≈U/Kef=Ke'·U/f式中：U——电源相电压E1——每相定子绕组的反电势W1——每相定子绕组的匝数f——每个磁极下的磁通量Ke、Ke'——常数式(1-4)表明：当频率下降时，如果电压不变，则磁通量将增加，引起电机铁心的饱和。这当然是不允许的。因此，为了保持电机内的磁通量基本不变，在改变频率的同时，也必须改变电压。2020/1/4致远控制4交—直—交是什么意思？变频装置有两大类：一类是由工业频率直接转接成可变频率的，称为“交—交变频”。另一类就是“交—直—交变频”，意思是：先把工业频率的交流整流成直流，再把直流“逆变”成频率可变的交流。交—直—交的电路结构。2020/1/4致远控制5电压型的主要特点是什么？交—直—交变频装置按直流部分贮能方式的不同分为：(1)电压型贮能元件为滤波电容C，如图1-2a所示。其工作特点是电压基本不变。图1-2电压型和电流型(2)电流型贮能元件为电抗器l，如图1-2b所示。其工作特点是电流基本不变。(a)＋C(b)L2020/1/4致远控制6SPWM代表什么？SPWM的全称是SinePulseWidthModulation，意思是正弦脉冲宽度调制。这是实现改变频率的同时也改变电压的一种调制方式。变压变频的基本方式有两种：(1)在改变频率的同时也改变幅值，称为脉幅调制，简写为PAM，如图1-3a所示。(2)在改变频率时，脉冲的幅值不变，而通过改变脉冲的占空比来改变其平均电压，称为脉宽调制，简写为PWM。SPWM的特点是：脉冲序列中的脉冲宽度和脉冲间的间隔宽度是按正弦规律安排的。2020/1/4致远控制7SPWM代表什么？脉幅调制和脉宽调制T/2T/22020/1/4致远控制8SPWM代表什么？SPWM的波形变频器的主电器MUDAk1k2k3k4BCD2020/1/4致远控制9SPWM代表什么?脉幅调制和脉宽调制UmTU'mT'tuut(a)TT(b)2020/1/4致远控制10直流是怎样“逆变”成交流的？如图1-5，K1~K4是开关器件，M是负载，A、B间通以直流电压UD。先令K1|K4闭合，K2、K3断开。则电流的路径如实线空心箭头所示，C、D间的电压为C“+”、D“-”。再令K1、K4断开，K2、K3闭合，则电流的路径如虚线实心箭头所示，C、D间的电压为C“-”、D“+”。如使上述两种状态不停地交替工作，则负载M上所得到的便是交流电压了。用六个开关器件，使它们按三相间互差三分之一周期的规律交替工作，就可将直流电“逆变”成三相交流电了2020/1/4致远控制11常用的开关器件有哪些？目前，在中、小型变频调速器中用得最多的是功率晶体管，为了提高放大倍数，常做成达林顿管，如图1-7a所示，一般电路图中仍画成单管，如图1-7b所示，代表符号是CTR或BTR。图1-7功力晶体管容量较大的变频调速器中则常用可关断晶闸管，其代表符号是GTO，图形符号如图1-8所示。已经进入实用阶段的最新器件有：绝缘栅双极晶体管，代号IGBT，图形符号如图1-9所示。正在开发并已经取得成果的新品种还有不少，不再一一赘述。2020/1/4致远控制12常用的开关器件有哪些？目前，在中、小型变频调速器中用得最多的是功率晶体管，为了提高放大倍数，常做成达林顿管，一般电路图中仍画成单管，代表符号是CTR或BTR。容量较大的变频调速器中则常用可关断晶闸管，其代表符号是GTO。已经进入实用阶段的最新器件有：绝缘栅双极晶体管，代号IGBT，所示。正在开发并已经取得成果的新品种还有不少。2020/1/4致远控制13三相逆变原理图1-6三相逆变电器M2020/1/4致远控制14常用的开关器件(a)(b)(b)(a)2020/1/4致远控制15变频调速器的主电路是怎样构成的？交—直—交电压型变频调速器主电路的基本结构如图1-10。图中，DR是三相整流。RA是限流电阻，限制变频器刚合上电源时，对滤波电容C的充电电流。当C充电到一定程序后，晶闸管VT导通，RA将不再起限流作用。功率晶体管V1~V6组成三相逆变桥，将直流电逆变成三相交流电后供电给电动机M。二极管V01~V06的作用是：在逆变过程中，当晶体管的e极电位高于c集电位时提供续流回路；在电动机降速过程中提供能量反馈(再生)回路。RB是电动机在再生制动过程中的耗能电阻，VB在电动机降速过程中导通，提供耗能回路。如RB阻值太大，可在接线端P和DB之间接入外接制动电阻。2020/1/4致远控制16变频调速器的主电路图MDRRAvTDBPv1C+VBRBv2v01v3v4v02v03v04v5v6v05v062020/1/4致远控制17变频调速器有哪些额定数据？变频调速器主要的额定数据如下：(1)最高输入电压Umax为了适应电网电压的波动，Umax通常规定为额定工作电压的1.15倍。(2)最大输出电流Imax这是最重要的一个数据，也是选择变频器容量时的最主要依据。(3)最大输出容量Smax必须注意的是：说明书中给出的容量是按最大工作电压算出的，实际应用时，应根据工作电压进行修正。2020/1/4致远控制18说明书中的“配用电动机容量”能不能作为选择变频器容量的依据？如电动机驱动的是连续恒定负载(如风机)，则可以。但对于连续变动负载、继续负载和短时负载来说，则只能作参考，而不能作依据。这是因为，在这些负载中，决定电动机容量的主要因素是发热问题。只要温升不超过允许范围，短时间的过载(在过载能力范围内)对电动机来说是正常。例如，一台3.7kW的电动机，在实际工作中，其输出功率有时可达4.0kW或4.5kW。而变频调速器的过载能力则十分有限。在大多数情况下，变频器的容量应放大一档。2020/1/4致远控制19变频器的频率调节范围如何？通用型变频调速器的最高输出频率一般不高于400Hz；最低输出频率不低于0.1Hz。各种变频器的调频范围各不相同。我国工业用的普通电动机，最高工作频率不宜超过100Hz2020/1/4致远控制20什么是频率精度？通常，当频率为数字量设定时，精度高些(误差小些)，而在频率精度是指变频器的实际输出频率与设定频率之间的误差大小，也叫频率准确度或频率稳定度。模拟设定时，精度高些(误差小些)，而在模拟量设定时，精度低些(误差大些)。2020/1/4致远控制21“频率分辨率”的含义是什么？“频率分辨率”的含义是什么？频率分辨率指的是：变频器输出的相邻两“挡”频率之间的最小差值。例如，日本富士FVR-G7S型变频器的数字量设定时的频率分辨率为0.002Hz。则，对于40Hz来说，比它高一“挡”的最小频率为40.002Hz；而比它低一“挡”的最大频率为39.998Hz。2020/1/4致远控制22怎样调节和设定变频器的输出频率？主要有以下三种方式：(1)旋钮设定通过旋动面板上的旋钮(调节面板内侧的电位器)来进行调节和设定。属于模拟量设定方式。(2)按键设定利用键盘上的A键(或△键)和V键(或▽键)进行调节和设定。属于数字设定方式。(3)程序设定在编制驱动系统的工作程序中进行设定。也属数字量设定方式。2020/1/4致远控制23什么是外接设定？在实际工作中，变频器常被安置在控制柜内或挂在墙壁上，而工作人员则通常在机械旁边进行操作。这时，就需要在机械旁边另设一个设定频率的装置，称为外接设定装置。所有的变频器都为用户提供专用于外接设定的接线端。2020/1/4致远控制24变频器对外接设定信号有些有什么规定？外接设定信号通常有三种。(1)外接电位器设定电位器的阻值和瓦数各变频器的说明书中均有明确规定。(2)外接电压信号设定各种变频器对外接电压信号的范围也各不相同，通常有：0~+10、0~+5、0~±10、0~±5V等。(3)外接电流信号所有变频器对外接电流信号的规定是统一的，都是4~20mA。为了加强抗干扰能力，所有的外接设定信号线都应采用屏蔽线2020/1/4致远控制25什么是“输出频率线”？“输出频率线”是指变频器的输出频率与给定信号间的关系线。如图2-2，横坐标是给定信号Fs，通常用百分数表示；纵坐标是输出频率fx。图中曲线为基本频率线，其特点是：当Fs=0时，fx=0；当Fs=100%时，fx=fmax。fxFs100%fmax02020/1/4致远控制26什么是偏置频率？对应于设定信号为0时的输出频率称为偏置频率fB，它可以一定范围内进行设定，如图2-4。图中，曲线①是基本频率线；曲线②是正偏置的情形；曲线③是负偏置。通过设定频率增益和偏置频率，变频器的输出频率线就可以任意地进行调整了。fxFs100%fmax0100%200%50%50%②①③2020/1/4致远控制27怎样设定最大频率、基本频率？最大频率即最大允许的极限频率。它根据驱动系统的允许最高转速来设定。使电动机运行在基本工作状态下的频率叫基本频率，一般按电动机的额定频率设定。例如，对于国产的通用型电动机，基本频率设定为50Hz。2020/1/4致远控制28上限频率和下限频率是根据什么设定的？根据驱动系统的工作状况来设定。它可以是保护性设定，即：变频器的输出频率不得超过所设定的范围；也可以用作程序性设定，即：根据程序的需要，或上升至上限频率，或下降至下限频率。图2-4中，fmax是最大频率，fHL是上限频率；fLL是下限频率。fxFs0100%fmaxfHLfLL2020/1/4致远控制29如何使工作机械不发生共振？任何工作机械都有自己的固有振荡频率，变频调速系统在无线变速的过程中，有可能出现在某一转速(频率)下、整个驱动系统发生共振，工作机械激烈振动的现象。为避免上述现象的发生，变频器提供了设定“回避频率”的功能，使驱动系避开共振点。回避频率最多可设定三个每个回避频率都必须设定两个数据，回避的中心频率f1和回避宽度△fJ，调试时，fJ和△fJ的确定，都是通过实际试验得到的。fxFs0fJ1fJ2fJ32020/1/4致远控制30电动机是否都是从0Hz开始起动？对于轻载起动的负载，电动机一般是从0Hz开始起动