变频器工艺说明DOC.docx

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变频器工艺说明DOC

变频器工艺说明

本变频器工艺说明主要参照中华人民共和国国家标准GB/T12668.4-2006/IEC61800-4:

2002，即调速电气传动系统第4部分：

一般要求交流电压1000V以上但不超过35kv的交流调速电气传动系统额定值的规定。

一.变频器工作原理

1.变频器的基本原理

变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。

现在使用的变频器主要采用交-直-交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成交流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。

变频器的功用是将频率固定（通常为工频50Hz）的交流电（三相的或单相的）变换成频率连续可调（多数为0~400Hz）电压可调的（三相或单相）交流电源。

变频过程中只有频率变化，电能不发生变化。

2.变频器的类型

（1）按变换环节可分为：

①交-直-交变频器：

先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器；

②交-交变频器：

将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器。

（2）按直流电源性质可分为：

①电压型变频器：

其特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较稳定，直流电环内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合；

②电流型变频器：

其特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流源型变频器（电流型）。

电流型变频器的优点是能扼制负载电流频率而急剧的变化。

常选用与负载电流变化较大的场合。

（3）按工作原理可分为：

①V/f控制变频器；

②转差频率控制变频器；

③矢量控制变频器。

（4）按开关方式可分为：

①PAM控制变频器；

②PWM控制变频器；

③高载频PWM控制变频器。

（5）按用途可分为：

①通用变频器；

②高性能专用变频器；

③高频率变频器；

④单相变频器；

⑤三相变频器等。

（6）按变频器调压方法可分为：

①PAM变频器：

通过改变电压源Ud或电流源Id的幅值进行输出控制的。

②PWM变频器：

在变频器输出波形的一个周期产生的脉冲波的脉冲，其等值电压为正弦波，波形较平滑。

（7）按工作原理可分为：

①U/f控制变频器（VVVF控制）；

②SF控制变频器（转差频率控制）；

③VC控制变频器（VectoryControl矢量控制）。

（8）按电压等级可分为：

①高压变频器（输入电压为3kv、3.3kv、6kv、10kv等）；

②中压变频器（输入电压为690V1140V、2300V等）；

③低压变频器（输入电压不高于690V，常见的由110V、220V、380V）。

3.变频器的保护功能

为了防止变频器本身和三相异步电动机损坏，使变频器能停止工作或者有效地抑制电压、电流值，变频器的保护回路设置了多种保护功能失速。

（1）过压保护

过压保护又分为电源过电压、再生过电压。

电源过电压是对于电源电压的上限，一般规定不能超过额定电压的10%，当电源线电压为380V时，其上限值为420V。

当变频器输入电源电压发生冲突，电压急剧升高，变频器对直流母线电压进行实时检测，达到保护值时进行OU保护。

再生过电压一般是变频器停车时、减速太快、电动机回馈能量使PN电压急剧升高引起。

此保护采用变频器使电动机快速减速时，再生功率直流电路电压将升高，有时超过允许值，可采取停止变频器运转或停止快速减速的办法，防止过电压。

（2）欠压保护

当电源电压太低，电源瞬时停电，电网容量太小或电网内有较大的冲击电流。

（3）电流限幅保护

当变频器执行加速运行时，由于加速过快或电机负载过大，变频器输出电流会急速上升，若电流过大，则自动降频，以保证不跳过流，当电流低于标准时，频率回升到设定值。

（4）过流及瞬时过电流保护

在正常工作或是在升、降速过程中，短时间的过电流总是难免的。

为此变频器配置了防止跳闸的功能，只有当冲击电流的峰值太大时，才迅速跳闸。

由于逆变器负载侧短路等，流过逆变器元件的电流达到异常值（超过允许值）时，瞬时停止变频器运转，切断电源。

（5）过载保护

当负载过大或造成电动机堵转使逆变器输出电流超过保护值，且持续流通达规定的时间以上时，为了防止逆变器元件、电线等损坏，变频器会停止变频器运转。

（6）电子热继电器

为防止自冷式电机在低速运转时发生电机过热现象，通过电子热继电器进行校正，当电机特性变化不大而电机容量变化时（比变频器额定容量变小），也可用此功能进行修正，以达到保护电机的目的。

（7）过热保护

因为环境温度过高、冷却风扇不运转或载波频率过大，都会使变频器在运行过程中能量损耗和散热通风不畅。

所以过热保护可以分为风扇运转保护、逆变模块散热板的过热保护、制动电阻过热保护。

风扇运转保护是变频器的内装风扇是箱体内部散热的主要手段，它将保证控制电路正常工作。

逆变模块是变频器内发生热量的主要部件，也是变频器中最重要而又最脆弱的部件，所以对于逆变模块散热板也要施加过热保护。

制动电阻过热保护主要是针对于制动电阻一旦通电时间过长，应暂停使用，待冷却后再用。

（8）过压失速

变频器减速时，由于电机负载惯量的影响，电机会产生很高的回馈电压至变频器内部，导致直流侧电压升高或超过允许最大值，此时变频器停止减速（输出频率保持不变），直到直流侧电压低于设定值，变频器才会再执行减速。

二．变频器的结构

图2.1变频器结构图

变频器由主回路和控制回路构成。

其中主回路是一个交-直-交结构。

控制回路是整个变频器的核心，发出各种指令以使变频器有不同的响应和动作。

具体构成如图2.1所示。

1.主回路

1.1交-直回路部分

（1）整流电路

由整流管组成三相整流桥，将电源的三相交流全波整流成直流。

如电源的线电压为UL，则三相全波整流后平均直流电压Ud的大小是Ud=1.35UL。

（2）滤波电路

利用电容滤平全波整流后的电压纹波，当负载变化时，使直流电压保持平稳。

（3）限流电路

利用限流电阻限流，因为变频器在上电瞬间，电解电容的充电电流很大，为了防止过大的冲击电流损坏主电容和整流桥，电路内串入限流电阻，其作用是将电容的充电电流限制在允许的范围以内。

图2.2主回路原理图

1.2直-交回路部分

（1）逆变电路

利用逆变管组成逆变桥，把整流所得的直流电，再“逆变”成频率可调的交流电。

这是变频器实现变频的具体环节，因而是变频器的核心部分。

（2）续流电路

利用续流二极管实现。

其主要功能是：

①因为电动机的绕组是电感性的，其电流具有无功分量。

为无功电流返回直流电源时提供“通道”。

②当频率下降、电动机处于再生制动状态时，再生电流返回给直流电路。

③在逆变过程中，同一桥臂的两个逆变管，处于不停地交替导通和截止的状态。

在交替导通和截止的换相过程中，需要它提供通路。

1.3能耗制动电路

（1）制动电阻

电动机在工作频率下降过程中，将处于再生制动状态，拖动系统的机械能转换成电能回馈到直流电路中，使直流电压Ud不断地上升，甚至可能达到危险的地步。

利用制动电阻来消耗这部分回馈电压，使Ud保持在允许范围内。

（2）制动单元

制动单元Vb由单颗IGBT及其驱动电路构成。

其功能是为放电电流Ib流经Rb提供通路。

1.4外部接线

如下图2.3所示，变频器的输入端接至频率固定的三相交流电源；输出端输出的是频率在一定范围内连续可调的三相交流电，接至电动机。

图2.3外部接线图

2.控制回路

2.1内部控制回路

（1）控制板：

顾名思义，它控制着整个变频器信号的运作,通过中央处理器发出各种工作信号和各种警示信号，发出各种运行指令和保护指令，以使变频器功能实现。

（2）键盘

①显示分为待机参数显示、运行数据显示、故障、保护显示。

在待机状态下查找参数。

在运行状态下，显示各种运行数据，如频率、电流、电压。

当变频器出现故障显示跳保护参数。

②操作通过键盘可以实现变频器的正转，反转，停车以及一些参数的修改，方法。

（3）电源板：

电源板的作用是为整个变频器内部的元器件提供工作电源，以满足元器件的工作。

（4）驱动板:

当驱动板接收到CPU的驱动信号后，开始驱动，以使IGBT实现逆变效果。

2.2外部控制电路

（1）外接给定电路

①开关状态控制

②脉冲信号控制

（2）外接输入控制电路：

外部的控制信号通常是由开关来传递的。

控制开关的通、断信息，通过变频器输入电路的光耦合器而传递到内部的控制电路中。

（3）外部输出控制电路：

一种是内部继电器的触点；另一种是晶体管的集电极输出。

3.制动单元

（1）制动单元（BRAKEUNIT）主要用在变频器需急降速、刹车、定位的场合，变频器在降速时，由于负载惯性的关系，急降速时会将动能变成电能储存在直流母线上，因此必须使用本制动（电阻）器将回生电压予以消耗，否则变频器将会跳过压保护或故障。

（2）一般适用于离心机、洗衣机、天车、电梯、纺织机械、造纸机械、伸线机械（拉丝机）、绕线机、制药、比例联动系统中均可使用。

（3）其他方面

①适用于各种品牌的变频器；

②规格齐全200V/380V/440V/480V；

③容量范围大，单台可使用到110KW（400V）；

④允许并联使用，没有容量限制；

⑤允许在电网变动大的场合使用；

⑥保护齐全：

具有短路、低电压、过电压、快速保险丝、过热等保护功能；

⑦性能价格比佳；

⑧功率电阻为选用件；

⑨可订制电阻箱。

4.变频器中的电阻

（1）功率电阻：

上电瞬间起限流作用，之后被继电器常开触点短路。

（2）均压电阻：

分别与两主电容并联，使两主电容分得电压相等。

（3）驱动电阻：

根据模块的不同进行选择。

（4）热敏电阻：

在一定温度范围内，随着温度变化阻值也会相应变化，所以可用来测量IGBT的温度。

（5）压敏电阻：

起过电压防护作用。

常用的压敏电阻有14D471K（220V机器使用），14D821K（380V机器使用，现已不用），14D102K（380V机器使用），20D510E（适用于2N4及以上机型）。

压敏电阻两引脚间要点胶，以改善在恶劣环境下的绝缘性能。

三.变频器的特点

变频器应用先进的空间电压矢量PWM控制技术、矢量控制技术，采用高性能的功率模块和先进的变频器制造工艺，无论是简单的变频控制还是高性能的伺服应用。

（1）采用DSP（数字信号处理器）为核心的控制单元，实现高速高性能控制；

（2）集V/F控制、V/F+PG控制、矢量控制+PG三种控制功能为一体；

（3）三种空间电压矢量波形产生方式；

（4）死区补偿功能，实现低频率大输出转矩；

（5）自动转差补偿；

（6）十种频率设定方式，模拟端子可以接受0～10V、0～20mA之内的自定义范围信号；

（7）可实现最多七段速度和八段加速度控制；

（8）转速追踪启动和断电再恢复运行功能；

（9）强大的通讯功能，支持标准的RS485与CanBus，同时提供远控键盘功能；

（10）人性化显示菜单，中文液晶显示，配以LED显示，同时显示3个状态参数；

（11）特有逆变模块（IGBT）温升监控功能，风扇调节可控，适时降低电机噪音和温升；

（12）PID调节的直流电流制动；

（13）高效的故障查询与记录功能，方便排除故障；

（14）在三相交流永磁同步电机控制中表现同样出色。

四.变频器的生产流程

简单的来讲，变频器的生产过程分为PCB板的制板过程和整机生产过程两部分：

（1）PCB板加工过程：

1、板加工；2、一次测板；3