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变频器的方案 变频器的方案篇一：变频器硬件设计方案 一设计思路 通用型变频器的硬件电路主要由3部分组成:整流电路、开关电源电路以及逆变电路。整流电路将工频交流电整流为直流,并经大电容滤波供给逆变单元;开关电源电路为IPM和计算机控制电路供电;逆变电路是由PM50RSAl20组成。 二控制回路 1.整流电路 整流电路中,输人为380V工频交流电。YRlYR3为压敏电阻,用于吸收交流侧的浪涌电压,以免造成变频器损坏。输人电源经二极管整流桥6R130G-160整流为直流,并经电的作用。发光二极管用于指示变频器的工作状态。Rl是启动过程中的限流电阻,由ElE4大电容滤波后成为稳定的直流电压,再经电感和电容滤波后作为逆变单元和开关电源单元的电源。R2和R3是为了消除电容的离散性而设置的均压电阻,同时还起到放于E1E4容量较大,上电瞬间相当于短路,电流很大,尺l可以限制该电流大小,电路正常状态后由继电器RLYl将该电阻短路以免增加损耗。继电器的控制信号SHORT来自于计算机,上电后延时一定时间计算机发出该信号将电阻切除。R1应选择大功率电阻,本电路中选择的是20W的水泥电阻,而且为了散热该电阻安装时应悬空。电路中的+5V、+12V和15V电压是由开关电源提供的电压。LVl是电压传感器,用于采集整流电压值,供检测和确定控制算法用。UDCM是电压传感器的输出信号。通过外接插排连接至外接计算机控制电路。 2.开关电路 输出电压进行变换,为IPM模块和外接的计算机控制电路提供电源,提供的电压为该电路主要由PWM控制器TL3842P、MOSFETK1317和开关变压器组成,其功能是对整流电路的流15V、+1直2V、+5v。3.IPM的控制电路 在电路中,HCPL4504是高速光耦,隔离计算机信号与变频器控制板,LM、UM是算机输入,控制对应的IGBT导通的控制信号,VNI、WN、F0、VNC为对应IGBT的信号引脚。P52l是光电隔离器件,其输出信号FOUT是错误信号,表明IPM内部出现错误,通过计算机响应进行错误处理。LA58是电流传感器,用于采集变频器输出U相和W相的电流,为控制算法提供现场数据。在整个电路板中, 与计算机接口信号是通过插排接出的。 三变频器电路 1.驱动电路 驱动电路是将主控电路中CPU产生的六个PWM信号，经光电隔离和放大后，作为逆变电路的换流器件（逆变模块）提供驱动信号。 对驱动电路的各种要求，因换流器件的不同而异。同时，一些开发商开发了许多适宜各种换流器件的专用驱动模块。有些品牌、型号的变频器直接采用专用驱动模块。但是，大部分的变频器采用驱动电路。从修理的角度考虑，这里介绍较典型的驱动电路。图二是较常见的驱动电路（驱动电路电源见图2.3）。驱动电路由隔离放大电路、驱动放大电路和驱动电路电组成。三源个上桥臂驱动电路是三个独立驱动电源电路，三个下桥臂驱动电路是一个公共的驱动电源电路。2、保护电路 当变频器出现异常时，为了使变频器因异常造成的损失减少到最小，甚至减少到零。每个品牌的变频器都很重视保护功能，都设法增加保护功能，提高保护功能的有效性。 在变频器保护功能的领域，厂商可谓使尽解数，作好文章。这样，也就形成了变频器保护电路的多样性和复杂性。有常规的检测保护电路，软件综合保护功能。有些变频器的驱动电路模块、智能功率模块、整流逆变组合模块等，内部都具有保护功能。 图四所示的电路是较典型的过流检测保护电路。由电流取样、信号隔离放大、信号放大输出三部分组成。开关电源电路向操作面板、主控板、驱动电路及风机等电路提供低压电源。图五为富士G11型开关电源电路组成的结构图。 直流高压P端加到高频脉冲变压器初级端，开关调整管串接脉冲变压器另一个初级端后，再接到直流高压N端。开关管周期性地导通、截止，使初级直流电压换成矩形波。由脉冲变压器耦合到次级，再经整流滤波后，获得相应的直流输出电压。它又对输出电压取样比较，去控制脉冲调宽电路，以改变脉冲宽度的方式，使输出电压稳定。 4、主控板上通信电路 当变频器由可编程（PLC）或上位计算机、人机界面等进行控制时，必须通过通信接口相互传递信号。图六是LG变频器的通讯接口电路。 频器通信时，通常采用两线制的RS485接口。西门子变频器也是一样。两线分别用于传递和接收信号。变频器在接收到信号后传递信号之前，这两种信号都经过缓冲器A1701、75176B等集成电路，以保证良好的通信效果。所以，变频器主控板上的通信接口电路主要是指这部分电路，还有信号的抗干扰电路。变频器外部控制电路主要是指频率设定电压输入，频率设定电流输入、正转、反转、点动及停止运行控制，多档转速控制。频率设定电压（电流）输入信号通过变频器内的A/D转换电路进入CPU。其他一些控制通过变频器内输入电路的光耦隔离传递到CPU中 四辅助电源 1.整流器 最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。 2.平波回路 在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。 3.逆变器 同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。 控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。 （1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。 （2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。 （3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。 （4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。 （5）保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。 五变频器的容量计算 1.连续运转时所需变频器容量的计算 由于变频器传给电动机的是脉冲电流，其脉运值比工频供电时电流要大，因此需将变频器的容量留有适当的余量，此时，变频繁器应同时满足以下三个条件： PcnkPmnCOSa (kVA)(1) IcnKIm (A) (2) PcnK1.732VmIm1/1000 (kVA)(3)变频器的方案篇二：TMS320F2802的变频器方案 基于TMS320F2802的变频器方案 1、讲述内容 我们为何选择TI的TMS320F2802作为变频器主控芯片？ 我们怎样在TMS320F2802上实现变频器控制方案？ 我们的基于TMS320F2802的变频器方案的产品分类及其特点。 Q A。 2、我们为何选择TI的TMS320F2802作为变频器主控芯片 现在变频器的主控芯片可能有以下几种选择： 基于MCU方案（Intel的N87C196MC、瑞萨单片机等）； 基于16位DSP方案（TI的TMS320F240x等）； 基于32位DSP方案（TI的TMS320F28xx等）。 下面我们将在16位DSP和32位DSP中间作一个比较，因为TI的TMS320F2812系列DSP虽然是32位机，但其成本太高（超过20美元），所以我们暂不予考虑，这里以TMS320F240x和TMS320F2802为例。 处理器的运算速度 TMS320F2802为100MHz（TMS320F2802-60为60MHz），而TMS320LF240x最高为40MHz。在变频器这样一个多变量、多任务的系统中，尤其是如果采用电压空间矢量控制算法（SVPWM）、矢量控制、直接转矩控制（DTC）算法的话，要求的运算数据量更大。显然TMS320F2802不管是在SPWM算法中还是升级到SVPWM、矢量控制、DTC等算法都会有更好的性能。 内核区别 TMS320F2802是采用32位的C28x内核，具有以下特点： 指令采用原子操作：指令长度更短，执行更有效，可以在相同的代码长度下，执行更多有效指令； 带有单周期的双16*16和单32*32位的硬件乘法器：单个时钟周期内完成32位数据乘法，更适合于适时PID运算、在线运算SPWM数据、各种要求小数格式的数据处理，且精度高，可以做到真正0.01Hz的精确度； 超快速的中断结构和响应：使系统保护、功能响应更有效，更快。相比之下，TMS320F240x是16位的C24x内核，执行32位乘法至少比C28x要慢8倍以上，指令执行是4流水线形式，比C28x的8流水线原子操作慢，数据处理上不方便在线处理运算SPWM数据，需要预先算好表格，因此修改很不方便，精度受表格数据精确性影响不易很精确。 片上存储器比较 TMS320F2802片上有32千字（KW）的程序Flash，6千字（KW）的数据RAM，适合在线运算数据表格的存储，也能存储更多变量，有效地提高系统性能。 TMS320F240x片上最多2.5千字（KW）的RAM，不适合大块数据的在线传送。 外部中断及定时器比较 外部中断：TMS320F2802有3个外部中断，且可以任意连接到GPIO-A的任何一个引脚，既方便外接需要快速响应的信号，也便于PCB布线。而TMS320F240x只有2个外部中断，固定引脚分配。 定时器：变频器中有很多过程要求准确计时，且计时时间变化范围跨度大，从几十ms到几十分不等，因此要求控制芯片有多个定时器，而且定时器能够定时的范围越大，编程越方便，维护越容易。 TMS320F2802有3个32位的定时器，定时范围可以是1us几十分，在不增加计时变量的情况下就可以实现变频器要求的时间计数，多个计时器给多个计时任务很好的选择。 TMS320F240x只有2个16位定时器，定时范围和定时器数量的使用不如TMS320F2802方便。 AD性能比较 在高精度控制场合，高速、高精度、高SN比的AD是需要的，为了减少系统成本，缩小体积，在精度允许的情况下，片内AD是控制的首选。 TMS320F2802的AD是12位，最高转换频率为6.25MHz，可以选择内部或外部参考电压，电压输入范围是03V，即使采用过采样的方式，用于SVPWM、DTC控制算法，其采样转换的速率和精度都能完全满足变频器控制要求。 TMS320F240x的AD是10位精度，最高转换频率为2MHz，在精度要求高的控制场合，不能很好地满足要求。 PWM产生比较 变频器最核心的部分就是PWM的波形产生，控制核心的波形产生器产生PWM波的使用方便性、多样性是开发变频器厂家和人员最关注的一个。 TMS320F2802有两种PWM信号：6路16位的PWM信号、可以实现最高500KHz的高分辨率PWM信号（HRPWM）。前者可以6路单独配置、互补成对输出配置，并且3对PWM相位可以设置，形成任意互差角度的3对PWM波。这对于3相变频器这样要求互差120PWM波的实现更容易、更精确、软件干预更少。 TMS320F240x只有16位PWM产生器，3相PWM波相位要软件干预调节，编程实现与软件维护性能都不如TMS320F2802好。 软件保密性比较 作为自主知识产权的产品，变频器的软件产权保护是一个很重要的问题。TMS320F2802采用128位密码，且加密的区域包括：FLASH、L0、L1，阻止代码读出，一般以穷举法解密的话，1G以上的CPU也需要好几百年才能穷举完，所以基本上是不能解密的。 而TMS320F240x采用64位加密密码，加密区域只能是FLASH，可能短期内就可以用穷举法解密。所以有一定的安全隐患。 软件开发环境及软件可维护性比较 一般而言，TMS320F240x的C编程效率很低，可能在汇编编程的0.10.2倍，所以在变频器这样的要求实时处理的控制器上，只能用汇编语言编写程序。这样造成程序可读性低，可维护性差，程序移植性差，不适合企业的开发和产品连续升级。 而TMS320F2802能很好地支持C编程，且C编程的程序执行效率与完成同样功能的汇编语言程序效率比可以达到1：1.1，所以基本上没有损失效率。而且，TI提供大量C语言的函数库，以及支持任何第三方的C语言库，还提供虚拟小数库IQMATH，使小数的处理也能和32位整形数据一样，有很高的效率。这使得程序可读性好、可维护性高、可移植性好，开发和维护速度快，节省大量企业成本和提高企业产品对市场的适应能力。 成本比较 单就TMS320F2802与TMS320F2406A/2407A而言，前者的成本（含周边器件、电源转换等）不到后者的2/3，便宜2美元以上。 3、我们怎样在TMS320F2802上实现变频器控制方案 根据TMS320F2802的芯片特征，我们设计了一款通用变频器控制板，这款控制板既可以与我们设计的功率板配合，形成成熟的变频器产品，也可以修改为用户订制的专用控制板，与用户的功率板配合形成产品。控制板原理框图如下图1。 图 1 控制板用TMS320F2802和一片PLD协调工作，其中TMS320F2802负责算法运算、各种参数计算、各种需要快速响应的保护处理、键盘通信、预留接口通信等主要工作，PLD完成接口扩展和一些逻辑处理以及状态指示。 按照功能分类，控制板上的功能和DSP资源分配如下。 电源 TMS320F2802是内核1.8V、IO 3.3V的电源，控制板只要求输入5V电源，通过LDO转换为1.8V、3.3V，并用电源监测管理芯片控制复位信号和看门狗功能。 模拟输入/输出模拟输入的信号包括：通过0/420mA、010V等输入的调速信号；电流传感器输出的电流信号；控制电源监测输入信号；主电路功率模块的温度传感器输出经调理后的温度电压信号。所有模拟信号送入DSP的12位AD接口进行模数转换。 输出的信号有：通过DSP的辅助PWM，用于输出对应脉宽的PWM信号，通过电路调理对应010V电压的模拟信号输出。 输入、输出信号 各种保护信号(包括过流保护信号、短路保护信号、过欠压信号等)输入PLD锁存，再送到DSP保护专用TZ引脚，实现故障锁存和快速关断PWM信号。其他IO信号由DSP或PLD处理。 各种通信接口 键盘、显示的接口：通过RS232接口与键盘显示通信，完成变频器的参数设置、显示等用户接口功能； RS485串行接口：用于系统组网，用于多个变频器的协同工作； CAN现场总线：目前保留，用于以后的扩展。 不需要快速响应的输入、输出信号 包括一些状态、指示开关量。 6路PWM驱动信号 由DSP的专用PWM发生器输出，带死区功能。 4、我们的基于TMS320F2802的变频器方案的产品分类及其特点 基于TMS320F2802的变频器控制板及其配套产品的特征： 频率0400Hz可调整，真正精确到0.01Hz的精确频率分辨率；低速大力矩，0.5Hz/150%；过载能力150%; 开关频率1.0kHz16kH连续可调，或者自动跟踪主频调整； 多种加减速曲线、加减速时间设置，适合不同工况； 多种计时设置，用于点动、多段速、多段计时控制； 多种固定方程V/f曲线选择，多种用户采点方式拟合V/f曲线设置，用于不同负载，适合做不同的起动转矩提升；变频器的方案篇三：变频器改造方案方案 风机/水泵项目节能技术改造方案 一、前言： 在上个世纪八十年代末，交流变频调速逐渐登上了工业传动调速方式的历史舞台，并演变到日趋取代直流调速方式传动的程度。尤其是矢量控制和直接转矩控制技术在通用变频器中的运用，以及政府部门在“十一五”节能中目标的提出，都加速了通用变频器和国外大功率高压变频器在我国各行各业的使用规模和改造力度。交流变频调速技术是现代化电气传动的主要发展方向之一，它不仅调速曲线平滑，调速范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果良好，是风机、泵类设备的一项最佳的节能改造新技术，是国家发改委重点推广应用的节约综合利用新技术。实践证明，驱动风机、水泵、空压机等的高压大、中型电动机采用高压交流变频调速改造后，节能效果显著。 二、变频节能原理： 变频器这一交流调速产品本身属于工业自动控制产品中传动调速产品的范畴，21世纪之际，这一产品被冠上了“节能产品”、“绿色产品”乃至“绿色节能产品”等，产品的在广告词方面可谓得到了淋漓尽致的发挥。 我们大家都知道：风机、泵类属于二次方递减转矩的负载性质，对于二次方递减转矩的这种性质负载，其流量与负载的转速成正比变化，压力（扬程）的变化与流量的变化成平方关系，而其功率的变化则与流量的变化成立方关系；即当风机转速从N1变到N2后，风量Q、风压H及轴功率P的变化关系如下： ?N1Q1:Q2=N1:N2 或 Q1?Q2?N ?2 2 2 ? ? ?N1 H1:H2=N1:N2或 H1?H2?N ?2?N1 P1:P2=N13:N23或 P1?P2?N ?2 ? ? 3 2 ? ? 其中：P1表示风机或泵在N1转速下的功率，P2表示风机或泵在N2转速下的功率，上式表达出风机、泵类功率与转速的关系。 通过风门、阀门与通过转速调节负载大小的能量需求效果比较如图1： 全扬程H(p,u) 流量Q(p,u) 图1 转速功率关系图 变频器调节方式的能量需求最小，其曲线最接近负载能量需求的理想曲线。在实际应用和节能分析中，还不能简单的依赖流量、压力（扬程）和功率这三者之间的变化关系，还要考虑到负载的选型（如鼓风机负载的1.15倍选型和引风机负载的1.3倍选型）、负载的平时工况、工况的变化趋势、负载变化时引起的负载效率和功率因数等参数的变化等。 变频器一种交流传动的调速产品，其主要功能是进行负载的转速调节，实现负载传动的自动化控制，至于提高生产的过程控制水平、提高生产效率、软启动控制、负载设备寿命的延长以及风机、水泵和压缩机类负载的需求电能的节省等这些都是应用变频器的结果，都属于变频器应用的“副产品”。 三、风机/水泵的几种调速方法简介 目前工厂大型风机常用的方法是入口挡板调节、动叶调节、液力耦合器调速、液体粘性调速器调速、绕线式转子串电阻调速、变频器调速等，也有工厂采用双速电动机来驱动离心式风机，配合进口导叶调节风量，可在一定范围内降低功率损耗，但不能无级调速，驱动系统的总体效率仍然较低。 动叶可调式风机控制油系统复杂，故障率高，动叶常常卡涩，给工厂的安全运行带来隐患。 液力耦合器和液体粘性调速器都要用油控制调速，系统复杂庞大，调速效率低，且调速范围有限，不能从0-50HZ调速，节能空间小，维修费用大，故障率高等。变频调速方法调速效 率高，调速范围大，可用于电动机的调速。 绕线式异步电机转子串入可变电阻调速法，由于以前的可变电阻采用的是电阻片，经常烧坏，影响了这种调速方法的推广应用。随着电力电子和微电子技术的发展，以及对国外液体电阻起动调速器的消化和吸收，国产化的新一代液体电阻起动调速器已能很好地解决上述问题，但由于转差功率以发热的形式消耗在可变电阻上，调速效率虽然比液力耦合器高，却低于变频的调速效率。 上图给出了几种调节方法消耗功率的比较。综上所述，变频调速无疑是风机、水泵调速节能改造的优先考虑方案。 四：变频方案 风机/水泵是动力中枢，一旦不能正(来自:www.xmSjOb.cOm 厦门培训考试网:变频器的方案)常运行，不但影响生产，造成巨大的损失，还有可能威胁到现场生产人员的人身安全，而且会造成生产的不连续性，出现间断性，使之生产效率底下，因此，和风机配套的高压变频调速系统，要求具有极高的可靠性。基于以上工作特点，对变频调速系统的主要要求如下： ? 要求变频器要有高可靠性，长期运行无故障。 ? 要求变频器有旁路功能，一旦出现故障，可使电机切换到工频运行。 ? 调速范围要大，效率要高。 ? 具有逻辑控制能力，可以自动按照周期升降速。 ? 有共振点跳转设置，能使电机避开共振点运行，让风机不喘震。 我公司采用东方日立的产品，根据通常情况做出下列初步改造： 、主电路： 变频回路是直接从6KV电网经工厂原有高压开关真空端路器KM后接入如图2所示框图中的高压变频器部分，然后经高压变频器的输出接到原有电机上即可，考虑到对系统的重要性，增加变频/工频手动切换电路，工频回路与变频回路互锁控制，作为变频维护时应急措施，不影响正常的生产。原断路器 变频器 用户电机 手动旁通柜