變頻器的原理及其應(yīng)用電氣與自動(dòng)控制工程培訓(xùn)部王海峰137064746021變頻器在風(fēng)機(jī)負(fù)載和泵類負(fù)載中的應(yīng)用引言2風(fēng)機(jī)負(fù)載和泵類負(fù)載的負(fù)載特性由此可知二次方律負(fù)載遵循如下規(guī)律(n:轉(zhuǎn)速):流量Q∝

n

揚(yáng)程H∝

n2

功率P∝n3風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載屬于二次方律負(fù)載特性(除羅茨風(fēng)機(jī)):功率公式:PL=P0+KPnL3轉(zhuǎn)矩(揚(yáng)程)公式:TL=T0+KTnL2流量公式:QL=Q0+KQnL也可以轉(zhuǎn)化為:PL=KFP0+KF3PN空載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩系數(shù)工作與額定F的比值3

用三臺(tái)變頻器控制三臺(tái)風(fēng)機(jī)，其中兩用一備，電機(jī)的功率P=55KW，設(shè)計(jì)風(fēng)量為Q?？蛰d損耗為10%，轉(zhuǎn)速1250轉(zhuǎn)/分。若風(fēng)機(jī)正常在970轉(zhuǎn)/分以下連續(xù)可調(diào)，每天所需的供風(fēng)量為1.5Q。（1）一臺(tái)工頻運(yùn)行，一臺(tái)變頻運(yùn)行；則全速

P0=55*10%=5.5KW

P1=55KW

由PL=P0+KPnL3得:KP=55-5.5=49.5KWP2=5.5+49.5*（50%）3=11.7KW

總消耗的功率為55+11.7=67KW風(fēng)機(jī)的節(jié)電率統(tǒng)計(jì)舉例4風(fēng)機(jī)的節(jié)電率統(tǒng)計(jì)舉例（2）兩臺(tái)變頻運(yùn)行時(shí)每臺(tái)的平均供風(fēng)量為75%QP1=P2=5.5+49.5（75%）3=26.4KW

總消耗的功率為P1+P2=52.8KW（3）三臺(tái)變頻運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)的平均供風(fēng)量為50%QP1=P2=P3=5.5+49.5(50%)3=11.7KW

總消耗的功率為P1+P2+P3=35.1KW可見(jiàn)三臺(tái)風(fēng)機(jī)全投入變頻運(yùn)行時(shí)效果最好。假定每月工作30天，每天工作24小時(shí)，按每度0.7元計(jì)，則方案三可以比其他兩個(gè)方案多節(jié)省電費(fèi)8000元左右。

兩臺(tái)工作時(shí)最多可節(jié)能30*24*0.7*(111-52.8)=29332.8元三臺(tái)工作時(shí)最多可節(jié)能30*24*0.7*(111-35.4)=38102.4元

5

潛水泵起動(dòng)時(shí)的水錘現(xiàn)象往往容易造成管道松動(dòng)或破裂甚至損壞；電機(jī)起動(dòng)/停止時(shí)需開(kāi)啟/關(guān)閉閥門來(lái)減小水錘的影響，如此操作一方面工作強(qiáng)度大，且難以滿足工藝的需要。在潛水泵安裝變頻調(diào)速器以后，可以根據(jù)工藝的需要，使電機(jī)軟啟/軟停，從而使急扭及水錘現(xiàn)象得到解決。而且在流量不大的情況下，可以降低泵的轉(zhuǎn)速，一方面可以避免水泵長(zhǎng)期工作在滿負(fù)荷狀態(tài)，造成電機(jī)過(guò)早的老化，而且變頻的軟啟動(dòng)大大的減小水泵啟動(dòng)時(shí)對(duì)機(jī)械的沖擊。并且具有明顯的節(jié)電效果。

變頻器在潛水泵上的應(yīng)用泵類負(fù)載和風(fēng)機(jī)負(fù)載都屬于二次方律，所以節(jié)能效果相同6系統(tǒng)應(yīng)用效果使用了變頻器以后，不但免去了許多繁瑣的人工操作，消除了許多不安全隱患因素，并使系統(tǒng)始終處于一種節(jié)能狀態(tài)下運(yùn)行，合理地輪換使用電機(jī)延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，更好的適應(yīng)了生產(chǎn)需要。而且變頻器豐富的內(nèi)部控制功能可以很方便地與其他控制系統(tǒng)或設(shè)備實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制。這在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的同時(shí)，提高了控制精度，從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量。在污水處理廠或相似的系統(tǒng)中使用變頻器應(yīng)具有很好的推廣價(jià)值。7一、電力電子器件81.概念:電力電子器件（PowerElectronicDevice）

——可直接用于主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。主電路（MainPowerCircuit）

——電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路。

一.電力電子器件電力電子器件9能處理電功率的能力，一般遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。電力電子器件往往需要由信息電子電路來(lái)控制。電力電子器件自身的功率損耗遠(yuǎn)大于信息電子器件，一般都要安裝散熱器。一.電力電子器件2.同處理信息的電子器件相比的一般特征：10半控型器件（Thyristor）

——通過(guò)控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。全控型器件（IGBT,MOSFET)

——通過(guò)控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件。不可控器件(PowerDiode)

——不能用控制信號(hào)來(lái)控制其通斷,因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路。一.

電力電子器件3.按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類：11三.

電力電子器件電流驅(qū)動(dòng)型

——通過(guò)從控制端注入或者抽出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。電壓驅(qū)動(dòng)型

——僅通過(guò)在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。

按照驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)的性質(zhì)，分為兩類：12

PowerDiode結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠，自20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用?？旎謴?fù)二極管和肖特基二極管，分別在中、高頻整流和逆變，以及低壓高頻整流的場(chǎng)合，具有不可替代的地位。一.電力電子-----不可控器件—電力二極管整流二極管及模塊13基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣。由一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的。從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝。圖

電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)

a)外形b)結(jié)構(gòu)c)電氣圖形符號(hào)

PN結(jié)與電力二極管的工作原理14一.電力電子--------

半控器件—晶閘管1956年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶閘管。1957年美國(guó)通用電氣公司開(kāi)發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品。1958年商業(yè)化。開(kāi)辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時(shí)代。20世紀(jì)80年代以來(lái)，開(kāi)始被全控型器件取代。能承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，在大容量的場(chǎng)合具有重要地位。晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管，可控硅整流器（SiliconControlledRectifier——SCR）15圖1-6晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)a)外形b)結(jié)構(gòu)c)電氣圖形符號(hào)一.晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理外形有螺栓型和平板型兩種封裝。有三個(gè)聯(lián)接端。螺栓型封裝，通常螺栓是其陽(yáng)極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便。平板型晶閘管可由兩個(gè)散熱器將其夾在中間。16一.

晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理常用晶閘管的結(jié)構(gòu)螺栓型晶閘管晶閘管模塊平板型晶閘管外形及結(jié)構(gòu)17晶閘管（SCR）優(yōu)缺點(diǎn)：SCR屬于電流控制型元件，其控制電路復(fù)雜、龐大，工作頻率低，效率低并且在直流電路內(nèi)自身不能關(guān)斷，故主電路與控制電路都較復(fù)雜，工作不可靠，性能也不夠完善。

SCR的優(yōu)勢(shì)在于電壓、電流容量較大，目前仍廣泛應(yīng)用在可控整流和交-交變頻等變流電路中。18一.電力電子----

典型全控型器件門極可關(guān)斷晶閘管——在晶閘管問(wèn)世后不久出現(xiàn)。20世紀(jì)80年代以來(lái)，電力電子技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新時(shí)代。典型代表——門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管。19一.電力電子----典型全控型器件·引言常用的典型全控型器件電力MOSFETIGBT單管及模塊20一.電力電子----電力晶體管（GTR）和普通晶體管一樣，GTR也是一種電流放大器件。由于GTR的工作頻率較低，一般在5～10KHz。它又屬于電流驅(qū)動(dòng)型器件，其驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，而且GTR耐沖擊能力差，易受二次擊穿損壞。所以目前GTR的應(yīng)用一般被絕緣柵雙極晶體管（IGBT）所替代。21一、電力電子-------

絕緣柵雙極晶體管兩類器件取長(zhǎng)補(bǔ)短結(jié)合而成的復(fù)合器件—Bi-MOS器件絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gateBipolarTransistor——IGBT或IGT）GTR和MOSFET復(fù)合，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)。1986年投入市場(chǎng)，是中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代GTO的地位。

GTR和GTO的特點(diǎn)——雙極型，電流驅(qū)動(dòng)，有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通流能力很強(qiáng)，開(kāi)關(guān)速度較低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。

MOSFET的優(yōu)點(diǎn)——單極型，電壓驅(qū)動(dòng)，開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。22一、電力電子-------

絕緣柵雙極晶體管1.IGBT的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極EIGBT的電氣圖形符號(hào)開(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)關(guān)損耗小。相同電壓和電流定額時(shí)，安全工作區(qū)比GTR大，且具有耐脈沖電流沖擊能力。通態(tài)壓降比VDMOSFET低。輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似。與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開(kāi)關(guān)頻率高的特點(diǎn)。23一、電力電子-------絕緣柵雙極晶體管（IGBT）IGBT的輸出特性好，開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高，一般可達(dá)到20KHz以上，通態(tài)壓降比MOSFET低，輸入阻抗高，耐壓、耐流能力比MOSFET和GTR提高，最大電流可達(dá)1800A，最高電壓可達(dá)4500V。目前，在中小容量變頻器電路中，IGBT的應(yīng)用處于絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。24一、電力電子-------功率模塊與功率集成電路20世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始，模塊化趨勢(shì)，將多個(gè)器件封裝在一個(gè)模塊中，稱為功率模塊?？煽s小裝置體積，降低成本，提高可靠性。對(duì)工作頻率高的電路，可大大減小線路電感，從而簡(jiǎn)化對(duì)保護(hù)和緩沖電路的要求。將器件與邏輯、控制、保護(hù)、傳感、檢測(cè)、自診斷等信息電子電路制作在同一芯片上，稱為功率集成電路（PowerIntegratedCircuit——PIC）。智能功率模塊（IPM）是將大功率開(kāi)關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、檢測(cè)電路等集成在同一個(gè)模塊內(nèi)，是電力集成電路的一種?；靖拍?5二、變頻器的結(jié)構(gòu)及原理26變頻器的調(diào)速原理

改變輸入頻率（無(wú)級(jí)調(diào)速）——變頻器N=60F/PP：極對(duì)數(shù)F：頻率N：轉(zhuǎn)速改變極對(duì)數(shù)（有級(jí)調(diào)速）調(diào)速原理：調(diào)速方法：27交-直-交變頻器的主要結(jié)構(gòu)框圖整流器逆變器中間電路電動(dòng)機(jī)控制電路～～～28交-直-交變頻器原理圖M交交直29變頻器主電路圖30整流和濾波電路31整流電路通用變頻器的整流電路是由三相橋式整流橋組成。它的功能是將工頻電源進(jìn)行整流，經(jīng)中間直流環(huán)節(jié)平波后為逆變電路和控制電路提供所需的直流電源。三相交流電源一般需經(jīng)過(guò)吸收電容和壓敏電阻網(wǎng)絡(luò)引入整流橋的輸入端。網(wǎng)絡(luò)的作用，是吸收交流電網(wǎng)的高頻諧波信號(hào)和浪涌過(guò)電壓，從而避免由此而損壞變頻器。當(dāng)電源電壓為三相380Ⅴ時(shí)，整流器件的最大反向電壓一般為1200～1600V，最大整流電流為變頻器額定電流的兩倍。32整流電路33直流濾波電路三相整流橋輸出的電壓和電流屬直流脈沖電壓和電流。為了減小直流電壓和電流的波動(dòng)，直流濾波電路起到對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行濾波的作用。通用變頻器直流濾波電路的大容量鋁電解電容，通常是由若干個(gè)電容器串聯(lián)和并聯(lián)構(gòu)成電容器組，以得到所需的耐壓值和容量。另外，因?yàn)殡娊怆娙萜魅萘坑休^大的離散性，這將使它們承受的電壓不相等。因此，電容器要各并聯(lián)一個(gè)阻值等相的勻壓電阻消除離散性的影響。34濾波電路故障①濾波電容老化。其容量低于額定值的85％，致使變頻器運(yùn)行時(shí)，輸出電壓低于正常值。②濾波電容損壞開(kāi)路，導(dǎo)致變頻器運(yùn)行時(shí)輸出電壓低于正常值。損壞短路，會(huì)導(dǎo)致另一只濾波損壞。進(jìn)而可能損壞限流電路中的繼電器、限流電阻、損壞整流模塊。③勻壓電阻損壞。勻壓電阻損壞后，會(huì)由于二個(gè)電容受壓不均而逐個(gè)因超壓被損壞。35限流電路當(dāng)變頻器剛接入電源的瞬間，電容器兩端的電壓不能突變，仍然為零。將有一個(gè)很大的沖擊電流流經(jīng)整流橋向電容器充電，使整流橋可能因此而損壞。同時(shí)，也可能使電源的瞬間電壓較大幅度下降，形成對(duì)電網(wǎng)的干擾，限流電阻就是為了減小該沖擊電流，而串接在整流橋與濾波電容之間的。36限流電路故障①繼電器觸點(diǎn)氧化，接觸不良。導(dǎo)致變頻器工作時(shí)，主回路電流部分或全部流經(jīng)限流電阻，限流電阻被燒毀。②繼電器觸點(diǎn)燒毀，不能恢復(fù)常開(kāi)態(tài)。導(dǎo)致開(kāi)機(jī)時(shí)，限流電阻不起作用，過(guò)大的充電電流損壞整流模塊。③繼電器線包損壞不能工作，導(dǎo)致變頻器工作時(shí)，主回路電流全部流經(jīng)限流電阻，限流電阻被燒毀。④限流電阻燒毀，由上述原因所致，再就是限流電阻老化損壞。變頻器接通電源，主回路無(wú)直流電壓輸出。因此，也就無(wú)低壓直流供電。操作盤(pán)元顯示，高壓指示燈不亮。

一些變頻器限流電路中，不用繼電器，而用可控硅，其故障類似繼電器?？赡転榭煽毓钃p壞后開(kāi)路、短路和可控硅無(wú)觸發(fā)信號(hào)三種情況。37制動(dòng)電路制動(dòng)電路工作時(shí)，可以使變頻器在減返過(guò)程中，增加電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。同時(shí)吸收制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的泵升電壓，使主回路的直流電壓不至于過(guò)高38制動(dòng)電路故障制動(dòng)控制管損壞。損壞開(kāi)路，失去制動(dòng)功能；損壞短路，制動(dòng)電路始終處于工作狀態(tài)，制動(dòng)電阻RB會(huì)損壞。同時(shí)增加整流模塊的負(fù)荷，整流模塊易老化，甚至損壞。39逆變電路的基本結(jié)構(gòu)a）逆變電路b）輸出電壓波形c）輸出電壓等效波形40三相逆變橋示意圖41逆變電路作用逆變電路的作用是在控制電路的作用下，將直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換成頻率和電壓都可以任意凋節(jié)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，所以逆變電路是變頻器的核心電路之一，起著非常重要的作用。42PWM脈寬調(diào)制PWM是英文PulseWidthModulation(脈沖寬度調(diào)制)縮寫(xiě)，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)值方式。43正弦脈寬調(diào)制（SPWM）44三、變頻器的控制方法45變頻器的控制方法—恒U/F控制1.恒U/F控制(屬于標(biāo)量控制)定子電動(dòng)勢(shì)有效值為:E=4.44ψFψ:電動(dòng)機(jī)氣隙磁鏈F:電動(dòng)機(jī)工作頻率

為避免電動(dòng)機(jī)因頻率的變化而導(dǎo)致磁路飽和引起勵(lì)磁電流增大,功率因數(shù)和效率降低,需要維持氣隙磁通,所以在調(diào)節(jié)F時(shí),E也回相應(yīng)地變化,即:E/F=K(恒定值)。46

通常的電機(jī)是按50Hz電壓設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速.(磁通不變)變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降，要防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。

舉例，電機(jī)在100Hz時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1/2。因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速

(P=Ue*Ie)。因?yàn)镻=wT(w:角速度,T:轉(zhuǎn)矩).因?yàn)镻不變,w增加了,所以轉(zhuǎn)矩會(huì)相應(yīng)減小。47低頻電壓補(bǔ)償圖

電壓補(bǔ)償原理48負(fù)載變動(dòng)時(shí)不能始終工作在最佳狀態(tài)，即輕載時(shí)磁路易飽和，電機(jī)的電壓降隨著電機(jī)速度的降低而相對(duì)增加，這就導(dǎo)致由于勵(lì)磁不足，而使電機(jī)不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力。為了補(bǔ)償這個(gè)不足，變頻器中需要通過(guò)提高電壓，來(lái)補(bǔ)償電機(jī)速度降低而引起的電壓降。這個(gè)功能即為轉(zhuǎn)矩提升。轉(zhuǎn)矩提升功能提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對(duì)應(yīng)的提高。電壓補(bǔ)償?shù)奶匦?9變頻器的控制方法—矢量控制2.矢量控制(基于轉(zhuǎn)子磁鏈定向)控制思想:

交流電機(jī)等效為直流電機(jī)來(lái)控制，分別對(duì)速度，磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制，使用矢量控制，可以使電機(jī)在低速,如（無(wú)速度傳感器時(shí)）1Hz（對(duì)4極電機(jī)，其轉(zhuǎn)速大約為30r/min）時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到電機(jī)在50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩（最大約為額定轉(zhuǎn)矩的150％）。

50變頻器的控制方法—矢量控制矢量變換（數(shù)學(xué)運(yùn)算）兩相固定坐標(biāo)系三相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)變頻器轉(zhuǎn)矩電流iT勵(lì)磁電流iMφ

此功能對(duì)改善電機(jī)低速時(shí)溫升也有效。由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過(guò)程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。

51四.變頻調(diào)速系統(tǒng)接電抗器的作用521.變頻器輸出端接入電抗器的場(chǎng)合圖

需要接入電抗器的場(chǎng)合a）電機(jī)與變頻器距離遠(yuǎn)b）小變頻器帶輕載大電機(jī)53輸出電抗器作用：

抑制變頻器電磁幅射干擾抑制電動(dòng)機(jī)電壓諧振542.輸入交流電抗器作用：1）提高功率因數(shù)2）抑制高次諧波3）削弱電流浪涌553.接入交流電抗器的場(chǎng)合圖6-3

接入交流電抗器的場(chǎng)合a）多臺(tái)變頻器接同一電源b）同一電源上接有大容量晶閘管設(shè)備c）變壓器容量超過(guò)變頻器容量十倍以上

d）電源電壓不平衡度≥3%563、輸入交流電抗器

輸入交流電抗器可抑制變頻器輸入電流的高次諧波，明顯改善功率因數(shù)。輸入交流電抗器為另購(gòu)件，在以下情況下應(yīng)考慮接入交流電抗器：①變頻器所用之處的電源容量與變頻器容量之比為10﹕1以上；②同一電源上接有晶閘管變流器負(fù)載或在電源端帶有開(kāi)關(guān)控制調(diào)整功率因數(shù)的電容器；③三相電源的電壓不平衡度較大（≥3%）；④變頻器的輸入電流中含有許多高次諧波成分，這些高次諧波電流都是無(wú)功電流，使變頻調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)降低到0.75以下⑤變頻器的功率＞30kW。574、無(wú)線電噪聲濾波器

濾波器就是用來(lái)削弱這些較高頻率的諧波電流，以防止變頻器對(duì)其他設(shè)備的干擾。濾波器主要由濾波電抗器和電容器組成。

a)輸入側(cè)濾波器b)輸出側(cè)濾波器c)濾波電抗器的結(jié)構(gòu)

圖8-30無(wú)線電噪聲濾波器各相的連接線在同一個(gè)磁心上按相同方向繞4圈(輸入側(cè))或3圈(輸出側(cè))構(gòu)成。需要說(shuō)明的是：三相的連接線必須按相同方向繞在同一個(gè)磁心上，這樣，其基波電流的合成磁場(chǎng)為0，因而對(duì)基波電流沒(méi)有影響。584.直流電抗器(安裝在變頻器整流電路后

)做用：1）提高功率因數(shù)2）擬制電流尖峰596、直流電抗器直流電抗器除了提高功率因數(shù)外，還可削弱在電源剛接通瞬間的沖擊電流。如果同時(shí)配用交流電抗器和直流電抗器，則可將變頻調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)提高至0.95以上。

圖

直流電抗器的外形60五.變頻器的功能與參數(shù)61CVF—G3V+VI1VI2I1X7V-UFGNDCM脈沖信號(hào)RS485RPRP10～20mA1.外接給定端1）電壓信號(hào)給定端2）電流信號(hào)給定端3）脈沖給定AB622.外接輸入控制端子圖

外控輸入電路633.外接輸出控制端子圖

外接輸出控制端1）故障輸出端2）模擬量輸出端3）通訊接口4）狀態(tài)信號(hào)輸出端TaTbTcOC1OC2CMAMAOAM-644.V/F控制設(shè)定功能圖

基本頻率Fb＜電機(jī)額定頻率FN基本頻率最大頻率特點(diǎn)：U/F增大，磁通量Ф增大，磁路飽和，轉(zhuǎn)矩增大655.基本頻率＞電機(jī)額定頻率特點(diǎn)：電機(jī)帶載的能力減小666.基本頻率與最大頻率圖9-6

基本頻率與最大頻率380V380V

最高頻率是變頻器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可以運(yùn)行的最高頻率。基本頻率是變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行恒功率控制和恒轉(zhuǎn)矩控制的分界線，應(yīng)按電動(dòng)機(jī)的額定電定電壓設(shè)定。

677.上限頻率和下限頻率頻率限制是為防止誤操作或外接頻率設(shè)定信號(hào)源出故障，而引起輸出頻率的過(guò)高或過(guò)低，以防損壞設(shè)備的一種保護(hù)功能。此功能還可作限速使用。圖9-7

上限頻率和下限頻率a）攪拌機(jī)b）上、下限頻率688.跳躍頻率特點(diǎn)：變頻器所帶負(fù)載，在某一頻率點(diǎn)發(fā)生機(jī)械共振，使用跳躍頻率回避共振點(diǎn)699.加速時(shí)間與電流加速時(shí)間就是輸出頻率從0上升到最大頻率所需時(shí)間

特點(diǎn)：加速時(shí)間過(guò)短易出現(xiàn)過(guò)電流70

啟動(dòng)頻率配合轉(zhuǎn)矩提升功能，最佳調(diào)整啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性，設(shè)定值過(guò)大，會(huì)出現(xiàn)過(guò)電流故障。

加速時(shí)間設(shè)定要求：將加速電流限制在變頻器過(guò)電流容量以下，不使過(guò)流失速而引起變頻器跳閘。

起動(dòng)特性：7110.升速方式通常大多選擇線性曲線；非線性曲線適用于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如風(fēng)機(jī)等；S曲線適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其加減速變化較為緩慢。

圖9-19升速方式7211.降速時(shí)間與直流電壓減速時(shí)間是指從最大頻率下降到0所需時(shí)間

特點(diǎn)：減速時(shí)間過(guò)短，直流電壓升高73加減速時(shí)間

減速時(shí)間設(shè)定要點(diǎn)是：防止平滑電路電壓過(guò)大，不使再生過(guò)壓失速而使變頻器跳閘。加減速時(shí)間可根據(jù)負(fù)載計(jì)算出來(lái)，但在調(diào)試中常采取按負(fù)載和經(jīng)驗(yàn)先設(shè)定較長(zhǎng)加減速時(shí)間，通過(guò)起、停電動(dòng)機(jī)觀察有無(wú)過(guò)電流、過(guò)電壓報(bào)警；然后將加減速設(shè)定時(shí)間逐漸縮短，以運(yùn)轉(zhuǎn)中不發(fā)生報(bào)警為原則，重復(fù)操作幾次，便可確定出最佳加減速時(shí)間。

7412.直流制動(dòng)圖9-22

直流制動(dòng)的原理a）刨床示圖b)直流制動(dòng)原理c)直流制動(dòng)功能刨臺(tái)床身75

直流制動(dòng)的特性：1）準(zhǔn)確停車變頻器給電動(dòng)機(jī)輸入直流電，在電機(jī)定子上產(chǎn)生靜止恒定磁場(chǎng)，使電機(jī)快速停止?？膳c能耗制動(dòng)聯(lián)合使用，一般≤20Hz時(shí)用直流制動(dòng)。7613.停機(jī)功能圖9-23

停機(jī)方式a）預(yù)置時(shí)間減速停機(jī)b）自由停機(jī)c）直流制動(dòng)停機(jī)7714.控制電路圖9-24正轉(zhuǎn)控制電路a）變頻器電路b）控制電路7815.脈沖啟動(dòng)圖9-25

脈沖啟動(dòng)電路a）三線控制接線b）電源控制電路

79AMAM-16.兩地控制圖9-26兩地升降速控制8017.頻率到達(dá)與頻率檢測(cè)圖9-27

頻率到達(dá)與頻率檢測(cè)a）頻率到達(dá)b）頻率檢測(cè)8118.過(guò)流保護(hù)由于逆變器的過(guò)載能力很差，大多數(shù)變頻器的過(guò)載能力都只有150％，允許遲續(xù)時(shí)間為1min。圖9-29變頻器過(guò)流保護(hù)8219.過(guò)流故障的原因圖9-30過(guò)流故障原因a）負(fù)載堵轉(zhuǎn)b）輸出短路c）內(nèi)部直流短路8320.其他原因引起的過(guò)流a）加速過(guò)快b）電動(dòng)機(jī)磁飽和c）內(nèi)部采樣誤差8421.過(guò)電壓原因電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)，若減速時(shí)間設(shè)置得太短，或是由于電源系統(tǒng)的浪涌電壓都可以引起的過(guò)電壓。a)電源電壓過(guò)高b）減速過(guò)快c）電容補(bǔ)償器引起8522.欠電壓原因當(dāng)電網(wǎng)電壓過(guò)低時(shí)，會(huì)引起變頻器中間直流電路的電壓下降，從而使變頻器的輸出電壓過(guò)低并造成電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不足和過(guò)熱現(xiàn)象。a）線流電路斷路b)電源缺相c）大功率晶閘管設(shè)備干擾86儲(chǔ)氣罐壓力傳感器23.PID自動(dòng)閉環(huán)調(diào)節(jié)圖9-34PID自動(dòng)閉環(huán)控制VI1V+87儲(chǔ)氣罐壓力傳感器24.外界PID調(diào)節(jié)器圖9-35外界PID閉環(huán)控制IIGND88六、變頻器的選擇與運(yùn)行89變頻器的選擇

變頻器的拖動(dòng)對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，變頻器的選擇與電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式及量有關(guān)，還與電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載的類型特性相關(guān)?；\型電動(dòng)機(jī)

1．依據(jù)負(fù)載電流選擇變頻器

2．考慮低速轉(zhuǎn)矩特性

3．考慮短時(shí)最大轉(zhuǎn)矩

4．考慮容許最高頻率范圍繞線式異步電動(dòng)機(jī)

繞線式異步電動(dòng)機(jī)采用變頻器控制運(yùn)行，大多是對(duì)老設(shè)備進(jìn)行改造，利用已有的電機(jī)。改用變頻器調(diào)速時(shí)，可將繞線式異步機(jī)的轉(zhuǎn)子短路，去掉電刷和起動(dòng)器?？紤]電機(jī)輸出時(shí)的溫度上升的問(wèn)題，所以要降低容量的10％以上。應(yīng)選擇比通常容量稍大的變頻器。90變頻器的操作與運(yùn)行變頻器的操作面板及顯示

圖

森蘭SB60系列變頻器的操作面板

1.變頻器操作面板顯示狀態(tài)1）停機(jī)狀態(tài)2）運(yùn)行狀態(tài)3）故障狀態(tài)912.按鍵功能說(shuō)明

92七、變頻器的調(diào)試與維護(hù)937.1變頻器系統(tǒng)的調(diào)試

7.1.1通電前的檢查

（1)外觀、構(gòu)造檢查

（2)絕緣電阻的檢查1）主電路：用萬(wàn)用表檢查，必須用兆歐表時(shí)，應(yīng)按圖連接。

圖

用兆歐表測(cè)試主電路的絕緣電阻

2）控制電路不能用兆歐表對(duì)控制電路進(jìn)行測(cè)試，只能用高阻量程萬(wàn)用表。①全部卸開(kāi)控制電路端子的外部連接。②進(jìn)行對(duì)地之間電路測(cè)試，測(cè)量值若在1MΩ以上，就屬正常。③用萬(wàn)用表測(cè)試接觸器、繼電器等控制電路的連接是否正確。

947.1.2通電檢查

（1）觀察顯示情況（2）觀察風(fēng)機(jī)（3）測(cè)量進(jìn)線電壓（4）進(jìn)行功能預(yù)置（5）觀察顯示內(nèi)容

957.1.3空載試驗(yàn)將變頻器的輸出端與電動(dòng)機(jī)相接，電動(dòng)機(jī)不帶負(fù)載，主要測(cè)試以下項(xiàng)目：（1）測(cè)試電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)照說(shuō)明書(shū)在操作面板上進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的操作，如啟動(dòng)、升速、降速、停止、點(diǎn)動(dòng)等。觀察電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向是否與所要求的一致？控制電路工作是否正常？通過(guò)逐漸升高運(yùn)行頻率，觀察電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中是否運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，有無(wú)雜音？運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有無(wú)振動(dòng)現(xiàn)象，是否平穩(wěn)等。（2）電動(dòng)機(jī)參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)對(duì)于應(yīng)用矢量控制功能的變頻器，應(yīng)根據(jù)說(shuō)明書(shū)的指導(dǎo)，在電動(dòng)機(jī)的空轉(zhuǎn)狀態(tài)下測(cè)定電動(dòng)機(jī)的參數(shù)。有的新型系列變頻器也可以在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。967.1.4帶負(fù)載測(cè)試將電動(dòng)機(jī)與負(fù)載連接起來(lái)進(jìn)行試車。測(cè)試的內(nèi)容如下：1．低速運(yùn)行試驗(yàn)低速運(yùn)行是指該生產(chǎn)機(jī)械所要求的最低轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)應(yīng)在該轉(zhuǎn)速下運(yùn)行1～2小時(shí)。測(cè)試內(nèi)容：(1)生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常?(2)電動(dòng)機(jī)在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，溫升是否超過(guò)額定值?2．全速啟動(dòng)試驗(yàn)將給定頻率設(shè)定在最大值，按“啟動(dòng)按鈕”，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速上升至生產(chǎn)機(jī)械所要求的最大轉(zhuǎn)速，測(cè)試內(nèi)容：(1)啟動(dòng)是否順利？

(2)啟動(dòng)電流是否過(guò)大？(3)觀察整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程是否平穩(wěn)？

(4)停機(jī)狀態(tài)下是否旋轉(zhuǎn)？3．全速停機(jī)試驗(yàn)：(1)直流電壓是否過(guò)高？(2)拖動(dòng)系統(tǒng)能否停?。?．高速運(yùn)行試驗(yàn)：(1)電動(dòng)機(jī)的帶載能力？(2)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)？977.2變頻器的維護(hù)與檢查

7.2.1維護(hù)注意事項(xiàng)（1）只有受過(guò)專業(yè)訓(xùn)練的人才能拆卸變頻器并進(jìn)行維修和器件更換。（2）維修變頻器后不要將金屬等導(dǎo)電物遺漏在變頻器內(nèi)，否則有可能造成變頻器損壞。（3）進(jìn)行維修檢查前，為防止觸電危險(xiǎn)，請(qǐng)首先確認(rèn)以下幾項(xiàng)：①變頻器已切斷電源；②主控制板充電指示燈熄滅；③用萬(wàn)用表等確認(rèn)直流母線間的電壓已降到安全電壓(DC36V以下)。（4）對(duì)長(zhǎng)期不使用的變頻器，通電時(shí)應(yīng)使用調(diào)壓器慢慢升高變頻器的輸入電壓直至額定電壓，否則有觸電和爆炸危險(xiǎn)。987.2.2日常檢查與維護(hù)在變頻器的日常維護(hù)項(xiàng)目：1)變頻器的運(yùn)行參數(shù)是否在規(guī)定范圍內(nèi)，電源電壓是否正常。2)變頻器的操作面板顯示是否正常，儀表指示是否正確，是否有振動(dòng)、震蕩等現(xiàn)象。3）冷卻風(fēng)扇部分是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，有無(wú)異常聲音。4)變頻器和電機(jī)是否有異常噪音、異常振動(dòng)及過(guò)熱的跡象。5）變頻器及引出電纜是否有過(guò)熱、變色、變形、異味、噪聲等異常情況。6）變頻器的周圍環(huán)境是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，溫度和濕度是否正常。997.2.3定期檢查定期檢查項(xiàng)目有：

1）輸入、輸出端子和銅排是否過(guò)熱變色，變形。

2）控制回路端子螺釘是否松動(dòng)，用螺絲刀擰緊。

3）輸入R、S，T與輸出U、V，W端子座是否有損傷。

4）R