工业控制plc可编程控制器讲义

#图2.43kV图2.43kV电压叠加图图2.510kV电压叠加图三相输出Y接，得到驱动电机所需的可变频三相高压电源。图2.3〜5分别为6kV、3kV和10kV变频器系列的电压叠加示意图。图2.66kV图2.66kV系列单元输出及相电压波形示意图图26为五个690VAC功率单元串联时，每个功率单元输出的电压波形及其串联后输出的相电压波形示意图。相邻单元之间的脉冲在时间上相差1/5个开关周期，单元串联叠加后的相电压可以得到5〜0〜-5共11个不同的电压等级。增加电压等级的同时，每个等级的电压值大为降低，从而减小了dv/dt对电机绝缘的破坏，并大大削弱了输出电压的谐波含量，图2.7为6kV六单元变频器输出的Uab线电压波形实录图，峰值电压为8.5kV。因为电机电感的滤波效果，输出电流波形更优于电压波形，图2.8即为输出电流Ia的实录波形图，峰值电流130A。电压等级数量的增加，大大改善了变频器的输出性能，输出波形几乎接近正弦波。

图2.7输出线电压波形图2.7输出线电压波形图2.8输出电流波形2.2功率单元功率单元原理见图2.9,输入电源端R、S、T接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流环节电容充电，电容上的电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。

快熔二极管整流直流环节逆变输出单元输出单元旁路（可选）快熔二极管整流直流环节逆变输出单元输出单元旁路（可选）图2.9功率单元主电路图功率单元通过光纤接收信号，采用空间矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式，控制Q1〜Q4IGBT的导通和关断，输出单相脉宽调制波形。每个单元仅有三种可能的输出电压状态，当Q1和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为1；当Q2和Q3导通时，L1和L2的输出电压状态为-1;当Q1和Q2或者Q3和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为0。输出电压波形见图2.6。功率单元具有旁路功能。当某个单元发生熔断器故障、过热和IGBT故障而不能继续工作时，该单元及其另外两相相应位置上的单元将自动旁路，此时Q1〜Q4封锁输出，可控硅k导通，以保证变频器连续工作，并发出旁路告警。单元旁路时，变频器因运行单元数量减少，额定输出电压能力将降低，但当变频器本身运行频率较低，如6kV系列运行频率低于40Hz,10kV系列运行频率低于43.7Hz时，变频器将自动提高工作单元的输出电压，而保证变频器输出性能不变，实现无扰动自动旁路。对于风机水泵类负载，因轴功率与转速的立方成正比，如6kV系列一级单元旁路时，输出能力为额定的80%,因此运行频率低于46.4Hz时，变频器仍能满足输出要求。实际上变频器选型时留有一定的余量,此频率要更高些。当负载较大,变频器旁路后满足不了输出要求时,变频器将自动降低运行频率,直到输出电流在允许范围内（如额定电流）。表2-：2一级单元旁路运行特性变频器系列满载时降容率（）彳氐于此频率时输出不变（z恒转矩负载风机水泵类负载3kV33.333.334.76kV204046.410kV11.144.448.12.3控制系统控制系统由控制器（包括三块光纤板，一块信号板，一块主控板），PLC和平板电脑组成，各部分之间的联系如图2.10BORUI变频器控制系统结构图所示。

输入电源隔离变压器 功率单元单元A1单元B2单元B9卫二系统主控板平板电脑/操作界面单元A9图2.10BORUI变频器控制系统图输入电源隔离变压器 功率单元单元A1单元B2单元B9卫二系统主控板平板电脑/操作界面单元A9图2.10BORUI变频器控制系统图（10kV系列）信号板光纤板通过光纤与功率单元传递数据信号，每块光纤板控制一相的所有单元。光纤板周期性向单元发出脉宽调制（PWM）信号或工作模式。单元通过光纤接收其触发指令和状态信号，并在故障时向光纤板发出故障代码信号。信号板采集变频器的输入电压、电流和输出电压、电流信号，并将模拟信号隔离、滤波和量程转换。转换后的信号用于变频器控制、保护，以及提供给平板电脑数据采集板。主控板采用高速单片机，完成对电机控制的所有功能，运用正弦波空间矢量方式产生脉宽调制的三相电压指令。通过RS232通讯口与平板电脑交换数据，提供变频器的状态参数，并接受来自平板电脑的参数设置。平板电脑采用WIN2000操作系统，为用户提供友好操作界面，负责数据采集、信息处理和与外部的通讯联系，可选上位监控而实现变频器的网络化控制。通过32通道高速数据采集卡采集来自信号板的模拟信号，计算出电流、电压、功率、功率因数等运行参数，提供表计功能和波形显示功能，并实现对电机的过载、过流告警和保护。通过RS232通讯口与主控板连接，通过RS485通讯口与PLC连接，实时监控变频器系统的状态。PLC用于变频器内部开关信号以及现场操作信号和状态信号的逻辑处理，增强了变频器现场应用的灵