变频器及辅助部件计算.docx

变频器及辅助部件计算.docx

《变频器及辅助部件计算.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变频器及辅助部件计算.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

变频器及辅助部件计算

掌握要点控变频

一．外配器件要记清

（一）主要电器须选好

.

图４－１与选择空气开关有关的因素

１．空气开关Ｑ

（１）主要作用

１）隔离

２）保护

（２）选择原则：

ＩQN≥（１.３～１.４）ＩN

式中，ＩN──变频器的额定电流。

２．接触器ＫＭ

（１）主要作用

１）可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电；

２）变频器发生故障时，可自动切断电源。

（２）选择原则

ＩKN≥ＩN

３．输出接触器

ＩKN≥１.１ＩMN

式中，ＩMN──电动机的额定电流。

４．主电路线径的选择

（１）电源与变频器之间的导线和同容量普通电动机的电线选择方法相同。

图４－２输出线路电压降

（２）变频器与电动机之间的导线

要求：

ΔＵ≤（２～３）％ＵN

（一）主要电器须选好

（二）供电部门不能恼

图４－３滞后电流与谐波电流的功率

１．功率因数的概念

ＰＦ＝

＝ＤＦ•ＫP

式中，ＰＦ──功率因数；

ＤＦ──位移因数（即ｃｏｓφ）；

ＫP──畸变因数。

２．变频器的功率因数

图４－４输入电流的波形及其谐波分析

（ａ）输入电路（ｂ）电压波形

（ｃ）输入电流波形（ｄ）输入电流的频谱分析

３．功率因数的改善

（１）接入交流电抗器

图４－５交流电抗器

ａ）在电路中的接法ｂ）构造

可将功率因数提高至（０.７５～０.８５）；

图４－６直流电抗器

（ａ）在电路中的接法（ｂ）构造

（２）直流电抗器

可提高功率因数至０.９。

如交、直流电抗器共用，则可提高功率因数至０.９５。

（一）主要电器须选好

（二）供电部门不能恼

（三）睦邻友好抗干扰

图４－７电动机侧的波形

（ａ）电压波形（ｂ）电流波形

电动机的电流波形

１．电路耦合方式

（１）通过电源网络传播；（２）通过漏电流传播。

削弱方法：

（１）电源隔离；（２）信号隔离。

图４－８电路传播与隔离

图４－９电磁感应与静电感应

２．感应耦合方式

削弱方法：

图４－１０绞线与屏蔽

合理布线（１）远离（２）相绞（３）屏蔽（４）不平行

３．空中幅射方式

图４－１１空中辐射与接地

削弱方法：

（１）准确接地；（２）接入滤波器。

图４－１２滤波器抗干扰

（一）主要电器须选好

（二）供电部门不能恼

（三）睦邻友好抗干扰

（四）制动电路勿硬套

１．制动电阻值的粗略算法

ＩB＝

～

ＲB＝

～

２．制动电阻容量的确定

图４－１３能耗电路

（１）制动电阻的耗用功率ＰB0ＰB0＝

（２）制动电阻的容量

ＰB＝ＰB0∕γB

式中，γB──制动电阻容量的修正系数。

在一般情况下：

γB＝３～８

电动机容量小时取大值，大时取小值。

３．按照说明书选择制动电阻时的注意事项

例如，艾默生ＴＤ３０００系列变频器说明书中，对于配用电动机容量为２２ｋＷ、３０ｋＷ和３７ｋＷ的变频器，所提供的制动电阻规格，都是３ｋＷ、２０Ω。

（１）制动电流通常，制动单元在直流电压为７００Ｖ时导通，则制动电流为：

ＩB＝

＝３５Ａ

（２）电动机的额定电流设所用电动机为Ｙ系列的４极电动机，则：

ＰMN（ｋＷ）

ＩMN（Ａ）

ＩB∕ＩMN

ＴB∕ＴMN

２２

４２.５

０.８２

１.６４

３０

５６.８

０.６２

１.２４

３７

６９.８

０.５０

１.００

（４）修正系数

ＰB0＝

＝２４５００Ｗ＝２４.５ｋＷ

修正系数为：

γB＝

＝

＝８.１６

４．制动单元的构成

用交流接触器代替功率管的要点

图４－１４制动单元

图４－１５用接触器作制动单元

在起制动不很频繁的情况下，制动单元的执行器件也可以用交流接触器来代替，如图所示。

一．外配器件要记清

二．常规控制勿看轻

（一）正、反控制基本功

图４－１６不妥的控制方式

１．不妥的起动方式

２．规范的正转控制

图４－１７由继电器控制正转运行的电路

ａ）主电路ｂ）控制电路

（１）继电器控制

（２）利用自锁功能

图４－１８利用自锁功能

图４－１９更换旋转方向

３．更改旋转方向

或

更改功能预置：

“正转有效”→“反转有效”

（一）正、反控制基本功

（二）切换控制勿朦胧

１．切换的必要性

（１）部分设备不允许停机：

如许多场合下的风机，称为故障切换。

图４－２０切换主电路

（２）在供水系统中，为了减少设备投资，采用由一台变频器控制多台水泵（１控Ｘ）的方案，称为运行切换。

２．切换主电路

要求：

ＫＭ２与ＫＭ３绝对不允许同时接通，最好采用机械互锁。

图４－２１变频器输出端与工频电源相接

３．电动机在切断电源后的过渡过程

（１）电磁过渡过程

图４－２２电动势衰减过程

定子绕组：

电流和磁场立即消失；

转子绕组：

因自成回路，故电流和磁场不能立即消失，但不交变；

状态：

转子是直流磁场，定子是三相绕组，是同步发电机状态。

时间常数：

τE≈０.６ｓ

图４－２３机械过渡过程

（２）机械过渡过程

时间常数：

τM≥２ｍｉｎ

４．故障切换的控制

特点

（１）切换瞬间的频率不定

（２）切换应在电磁过渡过程基本结束后进行

（３）切换时电动机的转速不宜过低

一般说来，电动机在切换时的转速（指ＫＭ３闭合时的转速）以不低于额定转速的８０％为宜。

切换控制示例

图４－２４切换电路示例

（ａ）主电路（ｂ）控制电路

５．供水系统的运行切换

（１）工况首先由变频器控制“１号泵”运行；当用水量增大，变频器的运行频率已经达到上限频率（通常等于工频）时，如果在确认时间（通常为２～５ｍｉｎ）内，水压始终低于“目标压力”时，则将“１号泵”切换为工频运行。

同时，变频器的输出频率迅速降为０Ｈｚ，并切换至“２号泵”，使“２号泵”变频起动，以此类推。

（２）切换特点

Ａ．切换时变频器的工作频率接近工频

图４－３１电源电压与定子电动势的相位关系

图４－２５水泵断电后的过渡过程

Ｂ．切换时电磁过渡过程远未结束

时间常数：

τM≥（０.７～１.０）ｓ

图４－２６电源电压与定子电动势的相位关系

（３）必须考虑定子电动势和电源电压的相位关系。

６．“差频同相”切换的原理与方法

图４－２７同相点的相对移动

（１）基本出发点

当变频器的输出频率与电源频率存在差异时，两者的同相点之间将不断地作相对移动，如图４－３３所示。

这个特点，十分有利于“捕捉”到同相点。

（２）差频同相的实施

（１）设置“频段陷阱”要求在切换时，变频器的输出频率与电源频率之间应该有一个频率差Δƒ。

这可以通过预置变频器的上限频率来实现。

例如，变频器的上限频率预置为４９.６Ｈｚ，则Δƒ＝０.４Ｈｚ。

事实上，从节能的观点出发，变频供水时，工作在５０Ｈｚ是并不可取的。

因为，同样运行在５０Ｈｚ下，变频运行比工频运行时的功耗要大一些。

（２）切换的工作过程

当供水系统中变频器的运行频率达到上限频率，并且经过确认时间，确认需要切换时，供水系统发出切换指令，开始“捕捉”同相点。

当“捕捉”到同相点时，便断开ＫＭ２，并在延时１００ｍｓ后，接通ＫＭ３，切换工作即告完成。

（３）关于切换时间（１００ｍｓ）

转速方面根据计算，当ＫＭ２切断后１００ｍｓ的瞬间，电动机的转速在额定转速的８６.７％以上，满足切换转速不低于８０％ｎMN的要求；

相位方面

一方面，１００ｍｓ是电源电压的５个整周期，如图４－３１所示。

只要适当加入提前量Δｔ，就可以使切换瞬间基本上实现电源电压与定子绕组电动势同相的目的。

图４－２８差频同相时的瞬间压差

一．外配器件要记清二．常规控制勿看轻

三．闭环控制须用心

（一）自动调整用闭环

图４－２９空气压缩机变频调速系统图

１．反馈信号的接入法

２．ＰＩＤ控制的工作过程

如ＸF＞ＸT→（ＸT－ＸF）＜０

→ƒX↓→ｎX↓→ｐ↓

→直至与所要求的目标压力相符（ＸF≈ＸT）为止。

如ＸF＜ＸT→（ＸT－ＸF）＞０

→ƒX↑→ｎX↑→ｐ↑

→直至与所要求的目标压力相符（ＸF≈ＸT）为止。

（一）自动调整用闭环

（二）又快又稳ＰＩＤ搬

图４－３０闭环控制出现的问题

１．问题的提出

∵

ＸG＝ＸT－ＸF

∴

ＸT－ＸF≈０

→ＸG≈０

→ｆX≈０

系统不能工作.

２．比例增益环节（Ｐ）

将（ＸT－ＸF）进行放大后再作为频率给定信号：

图４－３１比例放大前后各量间的关系

ＸG＝ＫP（ＸT－ＸF）

（ＸT－ＸF）＝

＝ε

ε──静差

设：

在某压力下，所需ＸG＝４Ｖ

则：

ＫP

１０

１００

１０００

１００００

ＸT－ＸF

０.４

０.０４

０.００４

０.０００４

结论：

ＫP越大，则静差ε越小。

３．积分环节（Ｉ）４．微分环节（Ｄ）

图４－３２Ｐ、Ｉ、Ｄ的综合作用示意图

（ａ）Ｐ调节（ｂ）振荡现象（ｃ）ＰＩ调节（ｄ）ＰＩＤ调节

（一）自动调整用闭环

（二）又快又稳ＰＩＤ搬

（三）目标大小变送看

图４－３３压力传感装置的接线

（ａ）压力传感器（ｂ）远伟压力表

１．压力传感装置

２．目标值的确定

设：

（１）目标压力为０.６ＭＰａ

（２）压力传感器的信号范围是４～２０ｍＡ

则：

（１）压力传感器的量程为０～１ＭＰａ时，目标值的大小是：

ＸT＝６０％

（２）压力传感器的量程为０～５ＭＰａ时，目标值的大小是：

ＸT＝１２％

图４－３４目标值的确定

（ａ）量程为０～１ＭＰａ（ｂ）量程为０～５ＭＰａ

３．变频器的ＰＩＤ功能有效后的特点

（１）频率给定输入端的功能

转变为目标信号的输入端，或反馈信号的输入端（日立）。

（２）变频器的升降速功能无效。

４．反馈的逻辑

（１）负反馈目标信号与反馈信号相减，故：

反馈量越大→要求给定信号越小

→转速越低

通常称为“正逻辑”，如曲线①

典型实例：

空压机的压力控制

（２）正反馈目标信号与反馈信号相加，故：

反馈量越大→要求给定信号越大

→转速越高

通常称为“负逻辑”，如曲线②

典型实例：

风机的温度控制

图４－３５反馈逻辑

５．ＰＩＤ功能的调试

图４－３６手动调试电路

（１）手动调试

用一个模拟的反馈信号去与目标信号比较：

当ＸT＜ＸF时，ｆX将缓慢地不断下降，直至ｆX＝０Ｈｚ为止。

当ＸT＞ＸF时，ｆX将缓慢地不断上升，直至ｆX＝ｆHＨｚ为止。

（２）系统调试

如反应过慢，则：

加大Ｐ，或减小Ｉ；

如发生振荡，则：

减小Ｐ，或加大Ｉ。

６．外接ＰＩＤ调节器与变频器的配合

特点：

（１）变频器的ＰＩＤ功能无效，故：

变频器的升降速功能有效。

图４－３７外接ＰＩＤ与变频器的配合

（２）目标值由ＰＩＤ调节器的键盘给定；

（３）压力传感器测得的当前值接至ＰＩＤ调节器的反馈量输入端；

（４）ＰＩＤ调节器的输出信号接至变频器的给定频率信号输入端；

（５）ＰＩＤ调节器的比例功能通常是“比例带”：

图４－３８比例与比例带

（ａ）输出与输入的比例关系（ｂ）比例带的概念

比例带──按比例变化的区域，数值上等于比例增益的倒数。

知识|高压变频器系统原理

----自动化行业基础知识系列专题

【导读】：

利德华福是国产高压变频器的典型代表。

通过其HARSVERT-A系列高压变频调速系统的工作原理解析，我们可以看出高压变频器系统的大致工作原理。

　　HARSVERT-A系列高压变频调速系统采用单元串联多电平技术，属高-高电压源型变频器，直接3、6、10KV输入，直接3、6、10KV高压输出。

变频器主要由移相变压器、功率模块和控制器组成。

系统结构

功率模块结构

　　功率模块为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得到单相交流输出。

　　每个功率模块结构及电气性能上完全一致，可以互换。

（备件种类单一）

[功率单元电路结构]

输入侧结构

　　输入侧由移相变压器给每个功率模块供电，移相变压器的副边绕组分为三组，根据电压等级和模块串联级数，一般由24、30、42、48脉冲系列等构成多级相叠加的整流方式，可以大大改善网侧的电流波形（网侧电压电流谐波指标满足IEEE519-1992和GB/T14549-93的要求）。

使其负载下的网侧功率因数接近1，无需任何功率因数补偿、谐波抑制装置。

由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，类似常规低压变频器，便于采用现有的成熟技术。

输出侧结构　　

5级叠加的输出侧PWM波形

　　输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到阶梯正弦PWM波形。

这种波形正弦度好，dv/dt小，对电缆和电机的绝缘无损坏，无须输出滤波器，就可以延长输出电缆长度，可直接用于普通电机。

同时，电机的谐波损耗大大减少，消除负载机械轴承和叶片的振动。

　　当某一个功率模块出现故障时，通过控制使输出端子短路，可将此单元旁路退出系统，变频器可降额机械运行；由此可避免很多场合下停机造成的损失。

控制器

　　控制器由高速单片机处理器、人机操作界面和PLC共同构成。

其中人机操作界面有三种配置：

工控PC机界面、嵌入式工控机界面、标准操作面板界面，用户可根据需要进行选择。

单片机实现PWM控制。

人机操作界面解决高压变频调速系统本身和用户现场接口的问题，提供友好的全中文监控界面，使用方便、快捷，同时可以实现远程监控和网络化控制。

内置PLC则用于柜体内开关信号的逻辑处理，可以和用户现场灵活接口，满足用户的特殊需要。

　　控制器与功率单元之间采用光纤通讯技术，低压部分和高压部分完全可靠隔离，系统具有极高的安全性，同时具有很好的抗电磁干扰性能，可靠性大大提高。

另外，控制电源掉电时，控制器可由配备的UPS继续供电，（散热风机电源取自移相变压器）变频器可以继续运行。