变频器的原理.doc

变频器的原理变频器的发展十分迅速,应用日渐广泛。利用变频器驱动异步电动机调速作用越来越大,应用领域越来越广泛,市场极大。随着变频调速技术及电力电子技术的不断发展，变频器的性能和功能不断提高和充实，应用在生产机械和设备上基本上达到较好的目的，收到了相应理想效益。 二：使用变频器调速的意义 序号 变频器传动效能 应用领域 主要相关技术 适用变频器 1 节能 风扇，鼓风机，泵，提升机，挤压机，搅拌机，传送带，工业用洗衣机 为提高运行可靠性，台数控制和调速控制并用 通用变频器 2 提高生产率 提升机,起重机,机床,食品机械,挤压机 运行程序或加工工艺的最佳速度,提高可靠性,防滑落 通用变频器 专用变频器 3 产品质量的提高 风扇，鼓风机，泵， 机床,食品机械,造纸机,薄膜生产线 平滑加速度,高精度转矩控制, 高精度定位控制 通用变频器 系统矢量控制变频器 4 设备合理化 搬送机械,金属加工机械, 造纸生产线, 薄膜生产线,钢板加工生产线 原有设备的高速度运行, 高精度转矩控制, 多台电动机联动控制,提高运转可靠性 通用变频器 通用矢量控制变频器,系统矢量控制变频器 5 改善或适应环境 空调机,风扇，鼓风机，压缩机，电梯 静音化, 平滑加减速,使用防爆电动机,安全性等技术 通用变频器 专用变频器 三:变频器的简单原理 在交流异步电动机的众多调速方法中,变频调速的性能最好,调速范围大,静态特性好,运行效率高,使用方便,可靠性高且经济效益好。 3.1变频调速的基本控制方式 异步电动机的同步转速,即旋转磁场的转速为 n1= 60f1 / P n1-同步转速 f 1-定子频率 P-磁极对数 异步电动机的轴转速为 n =n1(1S) = 60f1 (1S) / P S-异步电动机的转差率 由此可见,改变异步电动机的供电频率,可以改变异步电动机的同步转速,实现调速运行。 对异步电动机的变频调速控制时,希望电动机的主磁通保持额定不变。因为: 1) 磁通太弱,铁芯利用不充分,在相同的转子电流下,电磁转矩小,电动机的负载能力下降。 2) 磁通太强,则处于过励磁状态, 励磁电流大,限制了定子电流的负载分量,为使电动机不发热,负载能力也要下降。 三相异步电动机的定子每相电动势的有效值为 E1=4.44 f 1N1m E1-定子每相由气隙磁通感应的电动势的方均根值 N1-定子相绕组有效匝数 m-每极磁通量(Wb) 由此可见,要保持m恒定,就必须对E1, f 1进行适当的控制。分两种情况说明：（见图解） 1） 基频以下的恒磁通变频调速 基频即为电动机额定频率，基频以下的调速，为了保持电动机的负载能力，应保持气隙磁通m不变，就要求降低供电频率的同时降低感应电动势，保持E1/ f 1 =常数，这种控制方式称为恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。一般地E1难于直接检测和直接控制。当E1和f 1的值较高时，定子的漏阻抗压降相对较小，可忽略不计，则可近似认为U1E1，保持U1/ f 1 =常数，即为恒压频比控制方式，是近似的恒磁通控制方式。但当频率较低时，U1和E1都变小，定子的漏阻抗压降不能忽略，此时应人为地适当提高定子电压U1，补偿定子电阻压降的影响，使气隙磁通基本保持不变。 2）基频以上的弱磁变频调速 频率由额定值向上增大调速时，电压U1受额定值限制不能升高而使主磁通减小，相当于直流电动机弱磁调速，属于近似的恒功率通控制方式。 以上是异步电动机变频调速的基本控制方式，因此异步电动机变频调速必须按照一定的规律同时改变定子电压和频率，即必须通过变频装置获得电压频率均可调节的供电电源，实现VVVF调速控制。变频器可适应这种异步电动机调速的基本要求。 四：交直交变频器 交直交变频器，先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。其主电路图如下： 4.1交直部分 1）整流管VD1-VD6组成三相整流桥，将电源的三相交流全波整流成直流。 三相交流全波整流后 UDK*1.35 UL 线电压UL在我国为380V, K滤波系数 一般K =1.11.15 2) 滤波电容C1功能:滤平全波整流后的电压波纹;当负载变化时,使直流电压保持稳定。 3）限流电阻R1和接触器KM 当变频器刚上电源时的瞬间，滤波电容C1的充电电流很大，过大的充击电流易使三相整流桥的二极管损坏。为保护整流桥，在变频器刚接通电源后的一段时间里，电路内串入限流电阻R1，将电容C1的充电电流限制在允许范围内。当电容C1的充电到一定程度时，令KM接通，将限流电阻R1短路掉。一般地，当C1充电到80%Ud左右时，CPU检测后判断运行正常时，KM吸合，将限流电阻R1短路掉。 4）电源指示灯HL 电源指示灯HL表示电源的接通，同时在电源切断后，表示滤波电容C1上的电荷是否已经释放完毕。由于C1容量较大，放电时间较长，又由于C1上高压，维修时要特别注意。 5）快速熔断器FU 当IGBT模块短路损坏后FU熔断，保护前级不受损坏。 6）直流均压回路C2，C3，R3，R4 C2，C3使电压平滑，阻值相等的R3，R4使C2，C3上的电压一致。 4.2直交部分 1）T1T5，D1D5组成逆变桥，把VD1VD6整流得的直流电再逆变成频率可调的交流电；这是变频器实现变频的具体执行环节，因而是变频器的核心环节。 （逆变器的元件为IGBT，称绝缘栅双极晶体管，它具有耐高压和快速开关的双重特点，性能比大功率晶体管GTR好，大功率晶体管GTR耐高压，而开关特性较IGBT差） 逆变时采用正弦波和三角载波调制确定逆变桥T1T5的开关次序，变频器输出电压的大小通过改变输出脉冲的占空比来进行调制，而占空比在采用正弦波脉宽调制（SPWM）时按正弦规律安排，用IGBT作逆变器件时，载波频率可达15KHZ，电动机输出转矩大，噪音小，达到静音的效果。 2）续流二极管D1D6 为电感性的电动机的无功电流反馈回直流电源时提供通道。当频率下降时，电动机处于发电状态，产生的再生电流也通过D1D6返回给直流电路。同时同一桥臂的两个逆变管的交替导通和截止换相过程也需要D1D6提供通路。 4.3制动电阻和制动单元 制动电阻RB，制动单元TR；当电动机工作频率下降过程时，电动机处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到直流电路中，使直流电压Ud不断上升，甚至达到危险的地步，因此必须把产生的再生电能消耗掉，使Ud保持在允许的范围内，制动电阻RB就是消耗这部分电能的。制动单元TR由大功率晶体管GTR及其驱动电路构成的，为放电电流流经制动电阻RB提供通路。 三垦变频器IHF-7.5K,IPF-11K以下标配制动单元TR。 SHF-15K，SPF18.5K以下标配制动单元TR。 4.4变频器输出电压电流 变频器输出电压电流波形见图,三相交流电源经过交直交变频器后电压变为按正弦波变化的脉动交变电压, 电流变为带谐波的正弦波电流。 五:通用变频器的种类 从通用变频器的发展上看，现在可分为三类 1，普通功能型U/f控制变频器 近似的恒磁通控制方式 ，是一种频率开环控制系统，低频时有转矩提升功能（人为曲线选择），全数字控制方式。但负载重或轻时不能很好的补偿，易跳闸；静态特性不高；转速极低时，转矩不足。它无转矩控制功能。 2，高功能型U/f控制变频器 提高了静态稳定性，加大了调速范围，改善了起动性能避免了不必要的跳闸，实现了转矩控制功能。有磁通补偿；转差补偿；电流限制功能，这样，他在极低速下的转矩过载能力达到或超过150%，频率设备厂定范围达到1：30，电动机静态特性硬度高于工频时的自然机械特性的硬度，具有挖土机特性和无跳闸能力。（挖土机特性：不管负载多重，变频器能有最大转矩而不出现跳闸。也称电流/转矩限制功能）。它的优点：电动机机械特性硬度高；低速过载能力