变频器的工作原理及应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,变频器的工作原理及注意事项,变频器,一、变频器概述,二、变频器基本原理,三、变频器的保护功能,四、变频器的干扰及预防措施,五、变频器应用,变频器的概况：,三相交流异步电机的结构简单、坚固、运行可靠、价格低廉，在冶金、建材、矿山、化工等重工业领域发挥着巨大作用。人们希望在许多场合下能够用可调速的交流电机来代替直流电机，从而降低成本，提高运行的可靠性。如果实现交流调速，每台电机将节能,20%,以上，而且在恒转矩条件下，能降低轴上的输出功率，既提高了电机效率，又可获得节能效果。,变频器的概况：,异步电机调速系统的种类很多，但是效率很高、性能最好、应用最广的是变频调速，它可以构成高动态性能的交流调速系统来取代直流调速系统，是交流调速的 主要发展方向。变频调速是以变频器向交流电机供电，并构成开环或闭环系统，从而实现对交流电机的宽范围内无级调速。变频器可把固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电。,变频器的概况：,变频调速是最有发展前途的一种交流调速方式。目前，变频器在各个行业都有广泛的应用。如我厂的油泵、风机等几类负载，代表着变频器低端应用的发展方向。,通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。,变频器的概况：,变频 器 的 功用是将频率固定,(,通常为工频,50HZ),的交流点,(,三相的或单相的,),交换成频率连续可调的三相交流电源。,如下图,2. 1,所示，变频器的输入端,(R,S ,T),接至频率固定的三相交流电源，输出端,(U,V, W),输出的是频率在一定范围内连续可调的三相交流电，接至电机。,VVVF(Variation,Voltage Variation Frequency),频率可变、电压可变。,变频器的工作原理：,（一） 变频调速的构成,要实现变频调速，必须有频率可调的交流电源，但电力系统却只能提供固定频率的交流电源，因此需要一套变频装置来完成变频的任务。历史上曾出现过旋转变频机组，但由于存在许多缺点而现在很少使用。现代的变频器都是由大功率电子器件构成的。相对于旋转变频机组，被称为静止式变频装置，是构成变频调速系统的中心环节。,一个变频调速系统主要由静止式变频装置、交流电动机和控制电路,3,大部分组成，,静止式变频装置的输入是三相式单相恒频、恒压电源，输出则是频率和电压均可调的三相交流电。至于控制电路，变频调速系统要比直流调速系统和其他交流调速系统复杂得多，这是由于被控对象,感应电动机本身的电磁关系以及变频器的控制均较复杂所致。因此变频调速系统的控制任务大多是由微处理机承担。,变频器的工作原理：,交,-,直,-,交变频器主电路：,目前，通用型变频器绝大多数是交,直,交型变频器，通常尤以电压器变频器为通用，其主电路图（见图,1.1,），它是变频器的核心电路，由整流电路（交,直交换），直流滤波电路（能耗电路）及逆变电路（直,交变换）组成。,一、交直变换部分,1,、,VD1,VD6,组成三相整流桥，将交流变换为直流。,2,、滤波电容器,CF,作用：,（,1,）滤除全波整流后的电压纹波；,（,2,）当负载变化时，使直流电压保持平衡。,因为受电容量和耐压的限制，滤波电路通常由若干个电容器并联成一组，又由两个电容器组串联而成。如图中的,CF1,和,CF2,。由于两组电容特性不可能完全相同，在每组电容组上并联一个阻值相等的分压电阻,RC1,和,RC2,。,3,、限流电阻,RL,和开关,SL,RL,作用：变频器刚合上闸瞬间冲击电流比较大，其作用就是在合上闸后的一段时间内，电流流经,RL,，限制冲击电流，将电容,CF,的充电电流限制在一定范围内。,SL,作用：当,CF,充电到一定电压，,SL,闭合，将,RL,短路。一些变频器使用晶闸管代替（如虚线所示）。,4,、电源指示,HL,作用：除作为变频器通电指示外，还作为变频器断电后，变频器是否有电的指示（灯灭后才能进行拆线等操作）。,二、能耗电路部分,1,、制动电阻,RB,变频器在频率下降的过程中，将处于再生制动状态，回馈的电能将存贮在电容,CF,中，使直流电压不断上升，甚至达到十分危险的程度。,RB,的作用就是将这部分回馈能量消耗掉。一些变频器此电阻是外接的，都有外接端子（如,DB,，,DB,）。,2,、制动单元,VB,由,GTR,（大功率晶体管 ）或,IGBT,（绝缘栅双极型晶体管 ）及其驱动电路构成。其作用是为放电电流,IB,流经,RB,提供通路。,三、直交变换部分,1,、逆变管,V1,V6,组成逆变桥，把,VD1,VD6,整流的直流电逆变为交流电。这是变频器的核心部分。,2,、续流二极管,VD7,VD12,作用：（,1,）电机是感性负载，其电流中有无功分量，为无功电流返回直流电源提供“通道”；,（,2,）频率下降，电机处于再生制动状态时，再生电流通过,VD7,VD12,整流后返回给直流电路；,（,3,）,V1,V6,逆变过程中，同一桥臂的两个逆变管不停地处于导通和截止状态。在这个换相过程中，也需要,VD7,VD12,提供通路。,四、缓冲电路,缓冲电路如图,2,所示。,逆变管在导通和判断的瞬间，其电压和电流的变化率是比较大的，可能全逆变管受到损害。因此，每个逆变管旁边还要接入缓冲电路，其作用就是减缓电压和电流的变化率。,1,、,C01,C06,逆变管,V1,V6,每次由导通到截止的判断瞬间，集电极,C,和发射极,E,间的电压将迅速地由,0V,上升为直流电压,UD,。过高的电压增长率将导致逆变管的损坏。,C01,C06,的作用就是减小逆变管由导通到截止时过高的电压增长率，防止逆变损坏。,2,、,R01,R06,逆变管,V1,V6,由导通到截止的瞬间，,C01,C06,所充的电压（等于,UD,）将,V1,V6,放电。此放电电流的初值很大，并且叠加在负载电流上，导致逆变管的损坏。,R01,R06,的作用就是限制逆变管在导通瞬间,C01,C06,的放电电流。,3,、,VD01,VD06,R01,R06,的接入，又会影响到,C01,C06,在,V1,V6,关断时减小电压增长率的效果。,VD01,VD06,接入后，在,V1,V6,关断过程中，使,R01,R06,不起作用；而在,V1,V6,接通过程中，又迫使,C01,C06,的放电电流流经,R01,R06,。,交,-,直,-,交变频器控制电路,控制电路由运算电路、检测电路、控制信号的输入,/,输出电路和驱动电路等构成，其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及各种保护功能等，可采用模拟控制或数字控制。,高性能的变频器目前已采用嵌入式微型计算机进行数字控制，采用尽可能的硬件电路，主要靠软件来完成各种功能。,变频器的在工控中主要应用于异步电动机调速、启动控制；,异步电机的旋转速度为什么能够自由地改变？ ,异步电机的同步转速：,n = 60f/p ,n:,同步速度 ,f:,电源频率 ,p:,电机极数 ,改变频率和电压是最优的电机控制方法：,变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压，例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从,50Hz,改变到,30Hz,，这时变频器的输出电压就必须从,200V,改变到约,100V,。,异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。,输出侧有接触器，有什么注意事项？,在运行中请勿断开再吸合，因会产生很大的冲击电流。故有时变频器可能会跳闸。,请在控制端子装上接触器的辅助接点，发生瞬时停电时，使变频器停机。因在发生短时间的瞬时停电（,0.1,秒左右）时，接触器会断开而变频器不出现欠压报警。故在复电时，产生冲击电流，变频器可能会过流跳闸。,变频器对于使用环境的注意事项：,温度允许周围温度：,-10,到,40,变频器内部温度比周围温度还高,1020*,安装在柜子里时，一定要注意柜子的体积、变频器位置、排气风扇的风量。*周围温度越低，变频器寿命就会越长。,变频器的发热是由内部的损耗产生的。在变频器中各部分损耗中主要以主电路为主，约占,98%,，控制电路占,2%,。,为了保证变频器正常可靠运行，必须对变频器进行散热，通常采用以下方法,:,采用风扇散热,:,变频器的内装风扇可将变频器的箱体内部散热带走，若风扇不能正常工作，应立即停止变频器运行。,降低安装环境温度,:,由于变频器是电子装置，内含电子元、电解电容等，所以温度对其寿命影响比较大。通用变频器的环境运行温度一般要求,-1050,，如果能够采取措施尽可能降低变频器运行温度，那么变频器的使用寿命就延长，性能也比较稳定。,谢谢大家!,