变频控制技术

1变频控制技术江苏海事职业技术学院徐香梅22.2.1交流变频调速的基本原理•交流电机的同步转速表达式为：n0=60f/p•异步电机转差率的定义：s=(n0-n)/n0=1-n/n0•异步电机的转速为：n=n0(1-s)=60f(1-s)/p32.2.2交流变频调速的三种基本控制方式•1.恒压频比控制方式（V/F控制）由于额定工作时电动机的磁通已接近饱和，φM的继续增大，将会使电动机铁心出现深度饱和．这将使励磁电流急剧升高，导致定子电流和定子铁心损耗急剧增加，使电动机工作不正常。可见变频调速时，单纯调节频率的办法是行不通的。42.2.2交流变频调速的三种基本控制方式2.矢量控制方式：52.2.2交流变频调速的三种基本控制方式•3.直接转矩控制方式•德国学者德彭布罗克于1985年首次提出。•直接转矩控制是基于在定子坐标系下建立的交流电动机数学模型，直接控制电动机的磁链和转矩，并用定子磁链定向代替转子磁链定向。它不需要模仿直流电动机的控制，所需要的信号处理工作比较简单。62.2.2交流变频调速的三种基本控制方式•3.直接转矩控制方式•直接转矩控制强调的是转矩的直接控制效果。具体控制方式是：直接将电动机瞬时转矩和瞬时磁链作为状态变量加以反馈，分别通过转矩和磁链两位式调节器（Bang-Bang控制）把转矩检测值和磁链检测值分别与各自的给定值作比较，转矩调节器和磁链调节器的输出直接对逆变器开关状态做最佳调节，把转矩和磁链波动限制在规定的误差范围内，因此它的控制直接而简单。72.2.2交流变频调速的三种基本控制方式•3.直接转矩控制方式定子磁链观测器定子磁链观测器单元通过检测得到的变频器电压和电流估算电动机的实际转矩、定子磁链。82.2.3交-直-交变频技术92.2.3交-直-交变频技术•逆变电路分为：有源逆变和无源逆变•有源逆变：直流电-逆变器-交流电-交流电网•无源逆变：直流电-逆变器-交流电-用电器102.2.3交-直-交变频技术续流二极管的功能:1.为电动机无功电流返回直流电源提供通路2.为电动机降速时再生电流提供返回直流的通路3.逆变时逆变管快速高频率地交替切换，同一桥臂的两管交替地工作在导通和截止状态，在切换的过程中，需要给线路的分布电感提供释放能量的通路。112.2.4电压源型和电流源型逆变器•1.电压源型逆变器中间直流环节采用大电容滤波，直流电压脉动很小，近似为电压源，具有低阻抗特性。逆变器的开关只改变电压的方向，其输出的三相交流电压波形受直流电源钳位为矩形波或阶梯波，不受负载参数的影响，而交流侧电流波形因负载阻抗角的不同而不同，其波形接近三角波或正弦波。122.2.4电压源型和电流源型逆变器2.电流源型逆变器中间直流环节采用大电感滤波，因而直流电流脉动很小，近似为电流源，具有高阻抗特性。逆变器的开关只改变电流的方向，三相交流输出电流波形近似为矩形波或阶梯波，而输出电压波形及相位随负载不同而变化。适用于大容量或要求频繁正反转运行的系统。132.2.5变压变频调速系统中的脉宽调制技术•1.正弦波脉宽调制技术基本概念脉宽调制：利用电力电子开关器件的导通和关断，把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，以实现变压、变频及控制和消除谐波为目的的一门技术。脉宽调制是用脉冲宽度不等的一系列矩形脉冲去逼近一个所需要的电压或电流信号。利用通信系统中的调制技术即可获得PWM脉冲序列。占空比按正弦波规律变化的PWM，称为SPWM.142.2.5变压变频调速系统中的脉宽调制技术2.载波、调制波载波：受调制波调制的信号。在PWM控制中常用等腰三角波作为载波。调制波：通常以所期望的波形作为调制波。在PWM控制方式中，定义载波比为：N=载波频率/调制波频率152.2.5变压变频调速系统中的脉宽调制技术同步调制：在变频过程中，载波频率和调制波频率成正比的变化，即N保持不变。（适用高频）优点：能保证逆变器输出波形的正、负半波始终保持对称，并能保证三相波形对称。通常取载波比N为3的整数倍。缺点：由于N保持不变，低频时相邻两脉冲间距增大，谐波显著增加，导致电动机低频时谐波损耗增加，转矩脉动加剧。162.2.5变压变频调速系统中的脉宽调制技术异步调制：在改变调制波频率的同时，载波频率保持不变。（适用低频）优点：低频时N值相对增大，相应的减小谐波分量，减轻了电动机的转矩脉动。缺点：由于N值变化，势必使逆变器输出电压的波形和相位都发生变化，很难保持三相输出间的对称关系和正、负波形的对称，因而引起电动机工作的不平稳。172.2.6通用变频器外部接口电路及主要参数1.变频器的外接电路：变频器的接线端子和外围设备相连的电路。2.频率给定信号的种类：（1）数字量给定方式面板给定和接口给定（2）模拟量给定方式电位器给定和直接电压（或电流）给定182.2.6通用变频器外部接口电路及主要参数3.通用变频器的外接设定信号：（1）所有变频器对外接电流信号标准都是4-20mA（2）所有外接设定信号线都采用屏蔽线（3）变频器对外接电压信号标准一般为0-5V或1-5V。19港口常用品牌电器变频器：安川公司G7系列；ABB公司ACS800系列；西门子公司6ES7系列；施耐德公司ALTIVAR71等。PLC:OMRON公司C200H；SIEMENS公司S7-300或S7-400；AB公司SLC500；GE公司90-30；施耐德QUANTUM或PREMIUM；三菱公司FX2N。低压电器：施耐德、ABB、西门子20变频器调试常见问题•1）过电流主要原因有：负载短路、机械部位被卡住、逆变模块损坏、电动机的转矩过小、加速时间设置太短、电流上限设置太小和转矩补偿(V/F)设定偏高等。2）过电压过电压一般是出现在变频器运行状态由运行转变为停止的时候，其主要原因是减速时间太短或制动电阻值选择不当。21变频器调试常见问题•3）过热过热的主要原因有：设备工作环境温度过高、风机堵转、温度传感器性能不良或马达过热。4）过载首先分析一下到底是电机过载还是变频器自身过载。一般来讲，电机由于过载能力较强，只要变频器参数表的电机参数设置得当，一般不大会出现马达过载；而变频器本身由于过载能力较差，则很容易出现过载报警。解决办法：变频器容量增大。22Thankyou