变频器原理

变频器原理变频器的主回路电压型变频器主电路包括：整流电路、中间直流电路、逆变电路三部分组，交-直-交型变频器结构见附图1）整流电路：VD1~VD6组成三相不可控整流桥，220V系列采用单相全波整流桥电路；380V系列采用桥式全波整流电路。2）中间滤波电路：整流后的电压为脉动电压，必须加以滤波；滤波电容CF除滤波作用外，还在整流与逆变之间起去耦作用、消除干扰、提高功率因素，由于该大电容储存能量，在断电的短时间内电容两端存在高压电，因而要在电容充分放电后才可进行操作。3）限流电路：由于储能电容较大，接入电源时电容两端电压为零，因而在上电瞬间滤波电容CF的充电电流很大，过大的电流会损坏整流桥二极管，为保护整流桥上电瞬间将充电电阻RL串入直流母线中以限制充电电流，当CF充电到一定程度时由开关SL将RL短路。4）逆变电路：逆变管V1~V6组成逆变桥将直流电逆变成频率、幅值都可调的交流电，是变频器的核心部分。常用逆变模块有：GTR、BJT、GTO、IGBT、IGCT等，一般都采用模块化结构有2单元、4单元、6单元5）续流二极管D1~D6：其主要作用为：（1）电机绕组为感性具有无功分量，VD1~VD7为无功电流返回到直流电源提供通道（2）当电机处于制动状态时，再生电流通过VD1~VD7返回直流电路。（3）V1~V6进行逆变过程是同一桥臂两个逆变管不停地交替导通和截止，在换相过程中也需要D1~D6提供通路。6）缓冲电路由于逆变管V1~V6每次由导通切换到截止状态的瞬间，C极和E极间的电压将由近乎0V上升到直流电压值UD，这过高的电压增长率可能会损坏逆变管，吸收电容的作用便是降低V1~V6关断时的电压增长率。7）制动单元电机在减速时转子的转速将可能超过此时的同步转速（n=60f/P）而处于再生制动（发电）状态，拖动系统的动能将反馈到直流电路中使直流母线（滤波电容两端）电压UD不断上升，这样变频器将会产生过压保护，甚至可能损坏变频器，因而需将反馈能量消耗掉，制动电阻就是用来消耗这部分能量的。制动单元由开关管与驱动电路构成，其功能是用来控制流经RB的放电电流IB变频器的调频原理变频必须调压。两种调节方式：脉幅调制（PAM）；脉宽调制（SPWM）1）脉幅调制（PAM）在功率单元整流时就对电压幅值进行控制，逆变桥只进行频率的控制。2）脉宽调制（SPWM）功率单元整流，不调节电压，逆变桥负责调节有调频。调压调频技（SPWM）变频器的通用接线方式1．变频器的外部选件电抗器及作用一.输出电抗器的作用：输出电抗器主要作用是补偿长线分布电容的影响，并能抑制输出谐波电流，提高输出高频阻抗,有效抑制dv/dt.减低高频漏电流,起到保护变频器,减小设备噪声的作用。电容器在补偿功率的时候，往往会受到谐波电压和谐波电流的冲击，造成电容器损坏和功率因数降低，为此，需要在补偿的时候进行谐波治理。二.输入电抗器的作用；用来限制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击，平滑电源电压中包含的尖峰脉冲，或平滑桥式整流电路换相时产生的电压缺陷,有效地保护变频器和改善功率因数，它既能阻止来自电网的干扰，又能减少整流单元产生的谐波电流对电网的污染。三.直流电抗器的作用：直流电抗器接在变频系统的直流整流环节与逆变环节之间，主要用途是将叠加在直流电流上的交流分量限定在某一规定值,保持整流电流连续，减小电流脉冲值,使逆变环节运行更稳定及改善变频器的功率因数.2．变频器的一次接线1）输入与输出2）制动外部接线（外部制动电阻，内部斩波器）外接制动电阻时需要注意不得接错端子，否则会造成制动电阻直接与直流母线并联，造成功率单元等元件的损坏3）外置斩波器及制动电阻外置斩波器与制动电阻串联后与变频器直流母线并联。4）变频外部二次回路接线说明书P17变频器的使用1．变频器操作盘按钮功能（P28）2．变频器更换时的参数拷贝（P33，部分参数组不能被拷贝，只能手动设定）3．变频器参数设定3．1首先需进行第99组参数的选择3．1．1应用宏的选择（默认的参数定义，适用于特定的场合，大多数宏是可以通过具本的参数设定达到预定的逻辑目的，而部分宏必须选择后才能达到特定的逻辑目的或投入变频器内置的元件，如PFC宏PID宏）P623．1．2电机控制模式的选择ABB变频器ACS510只有标量控制无控制模式的选择功能，而ACS800变频器有标量及矢量控制，这是两种型号变频器最大的区别。1）U/f控制：输出电压与频率按设定好的关系曲线控制；调速性能差，大负载低转速速运行时，转差率高，主磁通因漏磁通量比大而减小，从而影响了电机的力矩，严重时出现电机力矩小启动困难，常用的解决办法是进行低频时IR补偿（P94），补偿以能满足工况要求为准，过高的补偿量将造成电机启动过流。也可以通过设定U/f曲线（平方性、线性），或自定义U/f曲线。2）F转差频率控制：根据实测电机转速闭环控制，调速精度高，常用于电梯。3）VC矢量控制：监测电流相位及幅值，并加以控制，达到控制转矩的目的。转速控制准确。4．必要的保护设定4．1故障功能：（P7）4．2必要的限幅（P88）如最小频率，最大频率、最大电流、最大转矩（矢量控制方式）。4．3躲过共振的危险频率（P93）4．4根据负荷具体情况设定适当的增、减速时间（P91）5．根据现场条件与实际控制需求，定控制参数，以达到预期目的。5．1滤液泵1）变频器选型：水泵ASC510（只需标量控制，价格控制）2）控制要求：正向、就地远方均可控，远方给定转速（后因DCS逻辑不能下装改为定速），反馈模拟量（电流、频率），反馈开关量（故障、已启已停、为了不改变原DCS定义的MCC不可用，特设定类似于MCC不可用报警，实为变频器准备就绪）3）设定参数实现控制要求◆宏的选择：标准宏◆选择外部启动/停止命令：（选择外部控制1或外部控制2），P69，如选外部控制1，则设定：1001组为1=2-线控制起动。◆给定选择：（P71）选定外部控制1，1102=0◆频率给定（P71）：选择外部信号源，有AI1，AI2两个选项，因为我们选定的外部控制1，所以通过1103组进行外部控制1的信号源的选择，如选AI1为外部信号源，则1103=1◆外部源的型式选择：电流源，选定AI1，拨码开关J1为0N是电流源有效。◆模拟量最高最低选值（P76）：通常模拟量最低值为4mA，最高值为20mA，对应1301=4mA；1302=mA◆外部信号用来做什么用（P73）：这里作为频率指令，那么就需要设定外部给定量与频率的对应关系（通常的是4mA对应0HZ；20mA对应50HZ）。在这一组参数量我们需设定模拟量最低值对应的最低频率，及模拟量最高值对应的最高频率。比如：1104=0HZ；1105=50HZ。◆反馈模拟量上传DCS（P80）：变频器一般有两路模拟量反馈通道AO1及AO2，正好我们需要反馈电流、频率两组信号，但具体哪一路通道作为电流或频率的反馈呢，如我们设定通道1为频率反馈，则设定1501=0103，则为频率反馈（为什么0103就是频率反馈呢，见P63），如果定义通道2为电流反馈，则设定：1507=0104。通道选择完成，则需要设定模拟量与实际值的一个对应关系（P80）：先设定模拟量低限、高限，一般为4~20mA，1502=4mA；1503=20mA。同时设定值与模拟量的对应关系，比如一台电流的额定电流为100A，我们可以定义4mA对应0A（实际值），20mA对应200A（实际值）。对应关系的设定需要合理，能反应全程量并满足精度要求，同样需要与DCS的量程设定相对应。使得DCS能显示准确的实际值。这种设置类似于电气的电流互感器与电流表的变比一定要相同一样。◆开关量反馈（P77）图纸中输出继电器1为MCC不可用报警（对应原DCS逻辑），我们定义为变频器准备不就绪，则设定1404=1。继电器2为运行、停止反馈，则设定为1402=2继电器3为故障报警，则设定1403=3=FAULT（-1），为什么不选1403=4=FAULT，选3同时可以反应变频器失电故障。例二：通过滤液泵控制进行其它功能的想像比如我们有这样的想法：控制回路太复杂，变频器的启停用脉冲信号行不行，变频器远方就地能不能不用一个通道，就地也能不能实现调速功能？可以实现：◆实现启动脉冲控制（P69）：则选1001=3=DI1P，2P---3线控制。◆就地加一组就地控制启停如果我们觉的设备太重要，远方及就地控制回路分开。如果我们需要再简化控制回路，远方采用脉冲控制。如果我们需要就地需要正、反转。则变频器需再加一组外部控制，原来的设计方案选用的是外部控制1，现在我们可以将DCS远方控制设为外部控制1，而新加的就地控制我们可以选择外部控制2。有一个问题，变频器如何识别用户的要求，采用何种控制？变频器需要给一个指定外部控制的1或2的命令，如果我们设定1102=3（P71）说明（DI3得电=外部控制2，失电=外部控制1）接下来需要对外部控制2进行设定，首先是外部控制2的启停指令，1002=7=DI6，5（DI6得电启动、失电停止，DI5得电反转，失电正转）同意，因为变频器需要正、反转运行，所以1003=REQUST（双向）就地正/反向切换速度显示表盘上电位器速度给定就地启动/停止变频器故障变频器运行变频器准备好远程速度给定远程启动/停止去DCS电流显示表就地/远程切换去DCS去DCS88888888正/反转切换电源指示变频器上电盘上急停就地启动/停止变频器准备好变频器运行变频器故障就地联锁反转正转控制室急停远程就地远程启动/停止就地反向运行就地正向运行变频器已上电swich电机抱闸远程信号去