变频器工作原理Word下载.docx
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矢量控制方法的提出具有划时代的意义。
然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。
1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。
该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。
目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。
直接转矩控制就是直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。
它不需要将交流电动机化成等效直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；
它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。
VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。
变频器实际上就是一个逆变器，它首先是将交流电变为直流电，然后用电子元件对直流电进行开关，变为交流电。
一般功率较大变频器用可控硅，并设一个可调频率装置，使频率一定范围内可调，用来控制电机转数，使转数一定范围内可调。
不同变频器能够处理电源功率是不一样，从几瓦到几兆瓦都有。
变频器通常包含2个组成部分：
整流器（rectifier）和逆变器（Inverter）。
其中，整流器将输入交流电转换为直流电，逆变器将直流电再转换成所需频率交流电。
这2个部分之外，变频器还有可能包含变压器和电池。
其中，变压器用来改变电压并可以隔离输入/输出电路，电池用来补偿变频器内部线路上能量损失。
变频器广泛用于交流电机调速中。
变频调速技术是现代电力传动技术重要发展方向，电力电子技术发展，交流变频技术从理论到实际逐渐走向成熟。
变频器调速平滑，范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，节能效果明显。
，交流变频调速已逐渐取代了过去传统滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统，越来越广泛应用于冶金、纺织、印染、烟机生产线及楼宇、供水等领域。
二、变频技术在电机控制中的应用
1、电机的旋转速度同频率成比例在工业中所使用的大部分电机均为感应式交流电机。
感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度取决于电机的极数和频率。
由电机的工作原理决定，电机的极数是固定不变的。
由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6例如：
2极电机50Hz1500【r/min】，4极电机50Hz750【r/min】），是一个阶跃式。
所以一般不适和通过改变该值来调整电机的速度。
另外，频率能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。
因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。
n=60f/p
n:
同步速度
f:
电源频率
p:
电机极对数
2、改变频率和电压是最优的电机控制方法
如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。
因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。
输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。
例如：
为了使电机的旋转速度减半，把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz，这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V
3、当电机的旋转速度（频率）改变时，其输出转矩会怎样？
变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动。
电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些。
工频直接起动会产生一个大的起动电流（4~7倍）。
而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机起动电流和冲击要小些。
通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减小。
通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。
4、当变频器调速到大于50Hz频率时，电机的输出转矩将降低
通常的电机是按50Hz电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。
因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速.（T=Te,P<
=Pe）
变频器输出频率大于50Hz频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。
当电机以大于50Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。
举例，电机在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1/2。
因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速.（P=Ue*Ie）
三、变频器节能原理
为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。
电机不能在满负荷下运行，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费，在压力偏高时，可降低电机的运行速度，使其在恒压的同时节约电能。
1、变频节能：
电机不能在满负荷下运行，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费，在压力偏低时，可降低电机的运行速度，使其在恒压的同时节约电能。
当电机转速从N1变到N2时，其电机轴功率（P）的变化关系如下：
P2／P1=（N2/N1）3，由此可见降低电机转速可得到立方级的节能效果。
2、动态调整节能：
迅速适应负载变动，供给最大效率电压。
变频调速器在软件上设有5000次/秒的测控输出功能，始终保持电机的输出高效率运行。
3、通过变频自身的V/F功能节电：
在保证电机输出力矩的情况下，可自动调节V/F曲线。
减少电机的输出力矩，降低输入电流，达到节能状态。
4、变频自带软启动节能：
在电机全压启动时，由于电机的启动力矩需要，要从电网吸收7倍的电机额定电流，而大的启动电流即浪费电力，对电网的电压波动损害也很大，增加了线损和变损。
采用软启动后，启动电流可从0--电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击，节约了电费，也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。
5、提高功率因数节能：
电动机由定子绕组和转子绕组通过电磁作用而产生力矩。
绕组由于其感抗作用。
对电网而言，阻抗特性呈感性，电机在运行时吸收大量的无功功率，造成功率因数很低。
采用变频节能调速器后，由于其性能已变为：
AC－－DC－－AC，在整流滤波后，负载特性发生了变化。
变频调速器对电网的阻抗特性呈阻性，功率因数很高，减少了无功损耗
四、变频器在使用中的注意事项
1、变频器与负载的匹配问题；
I.电压匹配；
变频器的额定电压与负载的额定电压相符。
II.电流匹配；
普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。
对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。
III.转矩匹配；
这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。
2、在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。
因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。
3、变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。
4、对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。
5、变频器的安装环境
I.工作温度。
变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为0～55℃，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40℃以下。
在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。
一般在使用变频器时都要安装交流电抗器，电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。
II.环境温度。
温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。
必要时，必须在箱中增加干燥剂和加热器。
在水处理间，一般水汽都比较重，如果温度变化大的话，这个问题会比较突出。
III.腐蚀性气体。
使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能。
IV.振动和冲击。
装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。
淮安热电就出现这样的问题。
这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。
设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。
V.电磁波干扰。
变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。
因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。
所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。
如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。
6、变频器和电机的距离确定电缆和布线方法；
I.变频器和电机的距离应该尽量的短。
这样减小了电缆的对地电容，减少干扰的发射源。
II.控制电缆选用屏蔽电缆，动力电缆选用屏蔽电缆或者从变频器到电机全部用穿线管屏蔽。
III.电机电缆应独立于其它电缆走线，其最小距离为５００ｍｍ。
同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，这样才能减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。
如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按９０度角交叉。
与变频器有关的模拟量信号线与主回路线分开走线，即使在控制柜中也要如此。
IV.与变频器有关的模拟信号线最好选用屏蔽双绞线，动力电缆选用屏蔽的三芯电缆（其规格要比普通电机的电缆大档）或遵从变频器的用户手册。
五、变频器常见故障的判断
在变频器日常维护过程中,经常遇到各种各样的问题,如外围线路问题,参数设定不良或机械故障。
如果是变频器出现故障，如何去判断是哪一部分问题，在这里略作介绍。
一、静态测试
1、测试整流电路
找到变频器内部直流电源的P端和N端，将万用表调到电阻X10档，红表棒接到P，黑表棒分别依到R、S、T，应该有大约几十欧的阻值，且基本平衡。
相反将黑表棒接到P端，红表棒依次接到R、S、T，有一个接近于无穷大的阻值。
将红表棒接到N端，重复以上步骤，都应得到相同结果。
如果有以下结果，可以判定电路已出现异常，A.阻值三相不平衡，可以说明整流桥故障。
B.红表棒接P端时，电阻无穷大，可以断定整流桥故障或起动电阻出现故障。
2、测试逆变电路
将红表棒接到P端,黑表棒分别接U、V、W上，应该有几十欧的阻值，且各相阻值基本相同，反相应该为无穷大。
将黑表棒接到N端，重复以上步骤应得到相同结果，否则可确定逆变模块故障
二、动态测试
在静态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试机。
在上电前后必须注意以下几点:
1、上电之前，须确认输入电压是否有误，误将380V电源接入220V级变频器之中会出现炸机（炸电容、压敏电阻、模块等）。
2、检查变频器各接播口是否已正确连接,连接是否有松动,连接异常有时可能导致变频器出现故障,严重时会出现炸机等情况。
3、上电后检测故障显示内容,并初步断定故障及原因。
4、如未显示故障,首先检查参数是否有异常,并将参数复归后,进行空载（不接电机）情况下启动变频器,并测试U、V、W三相输出电压值。
如出现缺相、三相不平衡等情况，则模块或驱动板等有故障
5、在输出电压正常（无缺相、三相平衡）的情况下，带载测试。
测试时，最好是满负载测试。
三、故障判断
1、整流模块损坏：
一般是由于电网电压或内部短路引起。
在排除内部短路情况下，更换整流桥。
在现场处理故障时，应重点检查用户电网情况，如电网电压，有无电焊机等对电网有污染的设备等。
2、逆变模块损坏：
一般是由于电机或电缆损坏及驱动电路故障引起。
在修复驱动电路之后，测驱动波形良好状态下，更换模块。
在现场服务中更换驱动板之后，还必须注意检查马达及连接电缆。
在确定无任何故障下，运行变频器。
3、上电无显示：
一般是由于开关电源损坏或软充电电路损坏使直流电路无直流电引起，如启动电阻损坏，也有可能是面板损坏。
4、上电后显示过电压或欠电压：
一般由于输入缺相，电路老化及电路板受潮引起。
找出其电压检测电路及检测点，更换损坏的器件。
5、上电后显示过电流或接地短路一般是由于电流检测电路损坏。
如霍尔元件、运放等。
6、启动显示过电流一般是由于驱动电路或逆变模块损坏引起。
7、空载输出电压正常,带载后显示过载或过电流该种情况一般是由于参数设置不当或驱动电路老化,模块损伤引起。
1、什么是电抗器？
电气回路的主要组成部分有电阻、电容和电感.电感具有抑制电流变化的作用,并能使交流电移相.把具有电感作用的绕线式的静止感应装置称为电抗器。
2、电抗器的作用
电抗器，实质上是一个无导磁材料的空心线圈。
它可以根据需要，布置为垂直、水平和品字形三种装配形式。
在电力系统发生短路时，会产生数值很大的短路电流。
如果不加以限制，要保持电气设备的动态稳定和热稳定是非常困难的。
因此，为了满足某些断路器遮断容量的要求，常在出线断路器处串联电抗器，增大短路阻抗，限制短路电流。
由于采用了电抗器，在发生短路时，电抗器上的电压降较大，所以也起到了维持母线电压水平的作用，使母线上的电压波动较小，保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。
近年来，在电力系统中，为了消除由高次谐波电压、电流所引起的电容器故障，在电容器回路中采用串联电抗器的方法改变系统参数，已取得了显著的效果。
3、变频器输入输出电抗器作用？
交流输入电抗器的作用：
1、减少变频器对电网的谐波干扰
2、改善电网质量，提高变频系统功率因数，减少无功
3、减少电源浪涌对变频器的冲击，提高变频系统可靠性
交流输出电抗器的作用：
1、改善电机的绝缘特性，延长电机使用寿命
2、改善输出电流波形
3、延长电机到变频器的安全距离。
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