变频技术讲义.docx

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变频技术讲义

变频应用技术讲义

一、变频器的益处

变频调速已被公认为是最理想、最有发展前途的调速方式之一，采用通用变频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。

1、变频调速的节能

由于采用变频调速后，风机、泵类负载的节能效果最明显，节电率可达到20%～60%，这是因为风机水泵的耗用功率与转速的三次方成比例，当用户需要的平均流量较小时，风机、水泵的转速较低，其节能效果也是十分可观的。

而传统的挡板和阀门进行流量调节时，耗用功率变化不大。

由于这类负载很多，约占交流电动机总容量的20%～30%，它们的节能就具有非常重要的意义。

2、软启动

工频状况下马达采用的是星三角降压延时启动，此时电流是电机额定电流的4—7倍，若多台大功率的电机同时启动，将对电网造成很大冲击。

采用变频器后，马达只需在额定电流下就可启动，电流平滑无冲击，减少了启动电流对马达和电网的冲击，延长了电机的使用寿命。

3、减少无功功率

无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是因无功功率因素的降低导致电网有功功率的降低。

而使用变频器调节后由于变频器内滤波电容的使用，使得功率因素接近为1，增大了电网的有功功率。

从而节省了无功功率消耗的能量。

4、方便控制，使控制系统简单化

①、变频器很容易实现电机的正、反转

②、加、减速时间及频率可任意调节

③、变频器还具有直流制动功能，需要制动时，变频器给电动机加上一个直流电压，进行制动，则无需另加制动控制电路

④、运行平稳

⑤、可进行高速运转

变频器主回路介绍

目前,通用型变频器绝大多数是交—直—交型变频器,通常以电压型变频器为主,其主回路如下图,它是变频器的核心电路,由整流回路（交—直变换）,直流滤波电路、制动能耗电路、逆变电路（直—交变换）组成,当然还包括有限流电路、制动电路、控制电路等组成部分.

1）整流电路

    通用型变频器的整流电路是由三相桥式整流桥组成.它的功能是将工频电源进行整流,经中间直流环节平波后为逆变电路和控制电路提供所需的直流电源（540V）.三相交流电源一般需经过吸收电容和压敏电阻网络引入整流桥的输入端.压敏电阻网络的作用,是吸收交流电网的浪涌过电压,从而避免由此而损坏变频器.三相380V的变频器,整流器件的最大反向电压一般为1200—1600V,最大整流电流为变频器额定电流的两倍.

2）滤波电路

逆变器的负载属感性负载的异步电动机,无论异步电动机处于电动或发电状态,在直流滤波电路和异步电动机之间,都会有无功功率的交换,这种无功能量要靠直流中间电路的储能元件来缓冲.同时,三相整流桥输出的电压和电流属直流脉冲电压和电流,为了减小直流电压和电流的波动,直流滤波电路起到对整流电路的电压进行滤波作用.

3）通用变频器直流滤波电路的大容量铝电解电容,通常是由若干个电容器串联和并联构成电容器组,以得到所需的耐压值和容量.另外,因为电解电容器容量有较大的离散性,这将使它们单个的所承受的负荷不相等.因此,电容器要各并联一个阻值等相的均压电阻,消除离散性的影响,否则电容的寿命会大大缩短,严重制约变频器的寿命.

4）制动电路

即能耗制动,在大惯量的负载停止时提供能量泄放回路,在P和PB接制动电阻即可.

5）逆变电路

    逆变电路的作用是在控制电路的作用下,将直流电路输出的直流电源转换成频率和电压都可以任意调节的交流电源.逆变电路的输出就是变频器的输出,所以逆变电路是变频器的核心电路之一,起着非常重要的作用.

最常见的逆变电路结构形式是利用六个功率开关器件（GTR、IGBT、GTO等）组成的三相桥式逆变电路,有规律的控制逆变器中功率开关器件的导通与关断,可以得到任意频率的三相交流输出.

    通常的中小容量的变频器主回路器件一般采用集成模块或智能模块.智能模块的内部高度集成了整流模块、逆变模块、各种传感器、保护电路及驱动电路.如三菱公司生产的IPMPM50RSA120,富士公司生产的7MBP50RA060,西门子公司生产的BSM50GD120等,内部集成了整流模块、功率因数校正电路、IGBT逆变模块及各种检测保护功能.模块的典型开关频率为20KHz,保护功能有欠电压、过电压、过热故障输出等信号.

逆变电路中都设置有续流二极管.续流二极管的功能是当频率下降时,异步电动机的同步转速也随之下降,为异步电动机的再生电能反馈至直流电路提供通道.在逆变过程中,寄生电感释放能量提供通道.另外,当位于同一桥臂上的两个开关,同时处于开通状态时将会出现短路现象,并烧毁换流器件.所以在实际的通用变频器中还设有缓冲电路等各种相应的辅助电路,以保证电路的正常工作和在发生意外情况时,对换流器件进行保护,如SC短路保护功能.

一、变频器的直接作用：

通过改变电动机的电压和频率，使电机的速度可以无极调节。

软启动节能，功率因数补偿节能二、变频器原理

变频器工作原理

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:

电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。

电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。

它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。

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。

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。

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。

F0001    

    过流

   •电动机的功率（P0307）与变频器的功率（P0206）不对应。

   •电动机的导线短路。

   •有接地故障。

   检查以下各项：

1.电动机的功率（P0307）必须与变频器的功率（P0206）相对应。

2.电缆的长度不得超过允许的最大值。

3.电动机的电缆和电动机内部不得有短路或接地故障。

4.输入变频器的电动机参数必须与实际使用的电动参数相对应。

5.输入变频器的定子电阻值（P0350）必须正确无误。

6.电动机的冷却风道必须通畅，电动机不得过载。

   F0002过电压

   •直流回路的电压（r0026）超过了跳闸电平（P2172）    

   •由于供电电源电压过高，或者电动机处于生制动方式下引起过电压。

   •斜坡下降过快，或者电动机由大惯量负载带动旋转而处于再生制动状态下。

   检查以下各项：

   1.电源电压（P0210）必须在变频器铭牌规定的范围以内。

   2.直流回路电压控制器必须有效（P1240），而且正确地进行了参数化。

   3.斜坡下降时间（P1121）必须与负载的惯量相匹配。

   4.要求的制动功率必须在规定的限定值以内。

   F0003欠电压

   •供电电源故障。

   •冲击负载超过了规定的限定值。

   检查以下各项：

1.电源电压（P0210）必须在变频器铭牌规定的范围以内。

2.检查电源是否短时掉电或有瞬时的电压降低。

   F0004    

   变频器过温

   •冷却风量不足。

   •环境温度过高。

   检查以下各项：

1.变频器运行时冷却风机必须正常运转。

2.调制脉冲的频率必须设定为缺省值。

3.环境温度可能高于变频器的允许值。

   P0949=1：

整流器过温。

P0949=2：

运行环境过温。

P0949=3：

电子控制箱过温。

   F0005变频器I2T过热保护

   •变频器过载。

   •工作/间隙周期时间不符合要求。

   •电动机功率（P0307）超过变频器的负载能力（P0206）。

   检查以下各项：

   1.负载的工作/间隙周期时间不得超过指定的允许值。

   2.电动机的功率（P0307）必须与变频器的功率（P0206）相匹配。

   F0011电动机过温（反应OFF1）

   •电动机过载

   检查以下各项：

1.负载的工作/间隙周期必须正确。

2.标称的电动机温度超限值（P0626-P0628）必须正确。

3.电动机温度报警电平（P0604）必须匹配。

   F0012变频器温度信号丢失

   •变频器（散热器）的温度传感器断线

F0015电动机温度信号丢失

   •电动机的温度传感器开路或短路。

如果检测到信号已经丢失，温度监控开关便切换为监控电动机的温度模型。

F0020    

   电源断相

   •如果三相输入电源电压中的一相丢失，便出现故障，但变频器的脉冲仍然允许输  出，变气魄仍然可以带负载。

   检查输入电源各相的线路。

F0021    

   接地故障

   如果相电流的总和超过变频器额定电流的5%将引起这一故障。

F0022    

   功率组件故障

   •在下列情况下将检测到UCE故障。

   •P0947=22和故障值    

   •P0948=12或13或14，决定于UCE

   检查I/O板。

它必须完全插入。

F0023输出故障

   •输出的一相断线

F0024    

   整流器过温

   •通风风量不足。

•冷却风机没有运行。

•环境温度过高。

   检查以下各项：

•变频器运行时冷却风机必须处于运转状态。

   •脉冲频率必须设定为缺省值。

•环境温度可能高于变频器允许的运行温度。

F0030冷却风机故障

   •风机不再工作。

   1.在装有操作面板选件（AOP或BOP）时，故障不能被屏蔽。

2.需要安装新风机。

F0035在重试再起动后自动再起动故障

   •在重试自动再起动以后，出现自动再起动故障。

F0040自动校准故障   

F0041    

   电动机参数自动检测故障