变频器技术部分复习重点.docx

变频器技术部分复习重点.docx

《变频器技术部分复习重点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变频器技术部分复习重点.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

变频器技术部分复习重点

第一节三相异步电动机

在变频调速拖动系统中，使用的电动机大多数是三相异步电动机。

一、三相异步电动机结构及工作原理

1．旋转磁场与转差率

（1）旋转磁场

旋转磁场的产生；

旋转磁场转速（同步转速n1）：

n1=60ƒ1/p

式中：

n1——旋转磁场转速，又称为同步转速，单位为r/min；

ƒ1——电源的频率，单位为Hz；

p——电动机的磁极对数。

n1的旋转方向与电源的相序相同；

（2）转差率s

根据转子结构不同电动机分为笼型异步电动机：

变频调速中采用

线绕型异步电动机：

变频调速中较少采用

转速差△n

△n=n1-n

式中：

n---转子的转速

n1---旋转磁场的转速

转差率s

s=（n1-n）/n1

起动瞬间，n=0，s=1；额定转速运行时，s很小，约为0.02～0.06；空载运行时，n略小于n1，s≈0。

（3）转子转速n

n=（1-s）60ƒ1/p

总结影响转子转速n的因素及三相异步电动机的调速方式。

二．三相异步电动机的电磁特性

1.感应电动势E1

E1=4.44K1N1ƒ1Φm=U1+△U

式中:

E1——定子绕组的感应电动势有效值

K1——定子绕组的绕组系数，K1<1

N1——定子每相绕组的匝数

ƒ1——定子绕组感应电动势的频率，即电源的频率

Φm——主磁通

可见：

E1∝ƒ1Φm

将△U忽略，则E1≈U1∝ƒ1Φm

2.U1/ƒ1=常数

异步电动机工作时一般要求其转矩恒定，因此要在额定电压、额定频率以及额定磁通下进行设计。

其主磁通Φm选在铁芯磁化曲线的接近饱和处，其值基本不变。

如ƒ1下降，U1不变，则Φm上升进入磁化曲线的饱和区，引起工作电流大幅度增加，使电动机过热损坏。

如ƒ1上升，U1不变，则Φm下降，将使工作电流下降。

由于电流的下降，电动机的输出转矩不足。

为了保持电动机的Φm不变，必须使U1与ƒ1的比值保持恒定，即U1/ƒ1=常数

转矩补偿：

变频器在ƒ1很低时，U1也很低。

此时定子绕组上的电压降△U在电压U1中所占的比例增加，将使定子电流减小，从而使Φm减小，这将引起低速时的输出转矩减小。

可用提高U1来补偿△U的影响，使E1/ƒ1不变，即Φm不变，这种控制方法称为电压补偿，也称为转矩补偿。

三、三相异步电动机的机械特性

电动机的电磁转矩T与转子转速n之间的关系，称为电动机的机械特性，即n=ƒ（T）如图所示。

下面讨论曲线上几个特殊的转矩：

Tst、TN、TM

四、三相异步电动机的调速方法

1．变极调速：

属有级调速，调速级数很少。

只适用于特制的笼型异步电动机，这种电动机结构复杂，成本高。

2．变转差率调速：

变转差率调速一般适用于线绕型异步电动机或滑差电动机。

具体的实现方法有转子串电阻的串级调速、调压调速、电磁转差离合器调速等等。

但随着s的增大，电动机的机械特性会变软，效率降低。

3．变频调速：

变频调速具有调速范围宽，调速平滑性好，调速前后的不改变机械特性硬度，调速的动态特性好等特点。

其机械特性如图1-3所示。

图中的机械特性可分成两种情况

基频以下的恒磁通（转矩）变频调速

基频：

指电动机的额定频率。

在基频以下调速时，采用U/ƒ控制方式以保持主磁通Φm的恒定。

且此过程中，TM恒定，电动机带动负载的能力不变，转速差△n基本不变，所以调速后的机械特性平行地移动，电动机的输出转矩不变，属于恒转矩调速。

当ƒ1较低时，电动机的带动负载能力会变小，可采用电压（转矩）补偿方法来提高电动机带动负载的能力，其机械特性曲线如下图虚线所示。

基频以上的弱磁（恒功率）变频调速

由于电动机不能超过额定电压运行，所以频率由额定值向上升高时，定子电压不可能随之升高，只能保持在额定值不变。

这样必然会使Φm随着ƒ1的升高而下降，类似于直流电动机的弱磁调速。

由于TM∝（U1/ƒ1）2，保持U1恒定时，TM随着ƒ1的升高而下降，因此电动机的带负载能力减小；随着ƒ1的升高，Φm下降，电磁转矩T下降，而转速上升，属于近似恒功率调速。

第二节三相异步电动机的起动和制动

一、起动

1.要求：

有不太大的起动电流

足够大的起动转矩

动态转矩△T很小

但实际情况恰恰相反

2．起动方法：

直接起动：

起动电流大，约为IN的4~7仅适用于小容量的电动机；

降压起动：

自耦变压器降压起动；

串电阻或电抗器降压起动；

Y-△降压起动；

低频起动：

降低电动机的起动频率。

3.低频起动的优点：

转速差△n被限制在一定的范围，起动电流也被限制在一定范围内，动态转矩△T很小，起动过程平稳。

二、制动

电动机的制动状态是指电磁转矩T与转子转速n方向相反的状态。

制动方式：

直流制动：

又称能耗制动，制动目的是使电动机停止转动，可用于变频调速系统；

回馈制动：

又称再生制动，制动目的是使电动机稳速运行，可用于变频调速系统；

反接制动：

可使电动机快速停车，通常不用于变频调速系统；

第三节变频器的分类

一、按变换环节分交-直-交型：

低压变频器通用，调节频率范围较宽。

交-交型：

变换效率高，可调频率范围窄，用于低速大容量的调速系统。

二、按改变变频器输出电压的方法分PAM型：

脉冲幅度调制，少用。

PWM型：

脉冲宽度调制，多用。

三、按电压的等级分低压变频器：

220V~460V，一般为中小容量。

高压大容量变频器：

电压等级有3kV、6kV、10kV。

类型有高-低-高型和直接高压型。

四、按滤波方式分电流型：

电感滤波，适用于大容量变频器。

电压型：

电容滤波，适用于小容量变频器。

五、按用途分专用型：

为具体应用而设计，使用面窄、价格低、操作简单。

通用型：

用于机械传动调速，功能齐全、性能好、价格贵。

第三节加速时间和减速时间

一、加速时间和减速时间

1．加速时间和减速时间的理论定义（两种定义方法）

其一：

变频器输出频率从0上升到基本/额定频率fb所需要的时间，称为加速时间；变频器输出频率从基本/额定频率fb下降至0所需要的时间，称为减速时间。

其二：

变频器输出频率从0上升到最高频率fmax所需要的时间，称为加速时间；变频器输出频率从最高频率fmax下降至0所需要的时间，称为减速时间。

2．变频器的实际加减速时间一般小于等于理论设定的的加减速时间。

3．加速时间设定的原则及方法

加速时间设定原则：

兼顾起动电流和起动时间，一般情况下负载重时加速时间长，负载轻时加速时间短。

加速时间设置方法：

用试验的方法，使加速时间由长而短，一般使起动过程中的电流不超过额定电流的1.1倍为宜。

有些变频器还有自动选择最佳加速时间的功能。

4．减速时间设定的必要性及设置原则

重负载制动时，制动电流大可能损坏电路，设置合适的减速时间，可减小制动电流；水泵制动时，快速停车会造成管道“空化”现象，损坏管道。

减速时间的设定原则：

兼顾制动电流和制动时间，保证无管道“空化”现象。

5．变频器在不同的段速可设置不同的加减速时间。

二、加速曲线和减速曲线

1．加速曲线

有三种加速曲线：

（1）线性上升方式频率随时间呈正比的上升，适用于一般要求的场合。

（2）S型上升方式先慢、中快、后慢，起动、制动平稳，适用于传送带、电梯等对起动有特殊要求的场合。

（3）半S型上升方式正（下）半S型上升方式：

适用于大惯性负载。

反（上）半S型上升方式：

适用于泵类和风机类负载。

三、回避频率（跳跃频率、跳转频率）

1.回避频率的概念：

变频器跳过而不运行的频率，一般情况下一个系统可设三个以上。

2．设置回避频率的必要性：

避免系统共振。

3．设置回避频率的方法

设定回避频率的上端和下端频率：

如43Hz、39Hz，则回避39Hz~43Hz；

设定回避频率值和回避频率的范围：

如41Hz、3Hz，则回避38Hz~44Hz；

只设定回避频率：

回避频率范围由变频器内定。

四、频率增益和频率偏置功能

1．频率增益

频率增益指上限输出频率对应的输入电压与最大外输入模拟控制信号的比率，即f/X。

外输入模拟控制信号指由模拟控制端子输入的信号，电压0~5V，0~10V；电流4~20mA。

设置频率增益功能的目的：

使在相同的输入信号作用下，各个变频器的输出频率不同，主要用于控制多台变频器的比例运行。

第四节U/f控制与转矩补偿、转差补偿控制

交流异步电动机是按照额定电压、额定电流、额定频率进行设计的，在任何频率下运行时不能过流，否则将引起磁饱和。

一、U/f控制方式

U/f控制方式是指在变频调速过程中为了保持主磁通的恒定，而使U/f=常数的控制方式，这是变频器的基本控制方式。

二、转矩补偿功能

转矩补偿：

在U/f控制方式下，变频器利用增加输出电压来提高电动机转矩的方法。

转矩补偿的作用：

输出频率较低时，输出电压下降，定子绕组电流减小，电动机转矩不足，提高变频器的输出电压即可补偿转矩不足；不同工作场合对变频器的输出转矩要求不同，需要转矩补偿。

常用的补偿方法：

1．在额定电压和基本频率下线性补偿起动电压从0提升到最大值的20%，通过步进的方法设置。

2．在额定电压和基本频率下分段补偿起动过程中分段补偿，有正补偿、负补偿两种。

正补偿：

补偿曲线在标准U/f曲线的上方，适用于高转矩起动运行的场合。

负补偿：

补偿曲线在标准U/f曲线的下方，适用于低转矩起动运行的场合。

使用时通过预置调用。

3．平方率补偿补偿曲线为抛物线，低频时在标准U/f曲线的下方，高频时在标准U/f曲线的上方，多用于风机和泵类负载的补偿，达到节能运行的目的。

通过步进的方法设置。

三、电压自动调整功能（AVR）

电压自动调整功能是指电网电压波动时，为了保持电动机的转矩不变而自动调整变频器输出电压和频率的功能。

此功能可根据需要设置为“有”或“无”。

四、节能运行控制功能

1．节能运行控制功能是指变频器将检测到的电动机运行状态与变频器中储存的标准电动机的参数进行比较，从而自动给出最佳工作电压的过程。

2．变频器预置为节能运行时，必须满足的条件：

（1）变频器中已储存有标准电动机参数，且配用的电动机与标准电动机参数相吻合。

若两者相差较大，必须根据实际电动机的参数重新预置。

（2）变频器节能运行时，动态性能较差，因此多用于转矩较稳定的负载中。

（3）节能运行只能用于U/f控制方式下，不能用于矢量控制方式。

3.节能运行的预置方法：

“有”或“无”；有的还需预置搜索范围、搜索周期、搜索电压增量等参数。

五、转差补偿功能

1．转差补偿：

当电动机转速随着负载转矩增加（降低）而下降（升高）时，变频器的输出频率自动升高（降低），以补偿电动机转速变化的过程。

2．转差补偿的目的：

提高电动机的转速控制精度。

3．转差补偿的设定范围一般为0～10Hz。

第五节变频器的闭环运行

闭环运行：

在变频器控制的拖动系统中引入负反馈，以进行自动控制提高传动精度。

反馈器件：

主要有PG编码器（实现转速反馈）、压力传感器、速度传感器等。

一、采用光电编码器组成的闭环系统

1．光电编码器

光电编码器又称光电码盘，简称PG。

它是通过光电编码将电动机的转速变换成电脉冲信号，此信号反馈回变频器输入端对电动机进行控制，这种方法称为带PG的闭环控制。

2．各种控制方式的变频器控制系统的比较

U/f控制方式：

速度控制精度较低，速度控制范围较小，价格低，适用于一般的调速场合。

矢量控制方式：

速度控制精度较高，速度控制范围较大，价格稍高，适用于转速控制精度要求较高的场合。

带PG反馈的U/f控制方式：

速度控制精度很高，速度控制范围较小，价格较高。

带PG反馈的矢量控制方式：

速度控制精度很高，速度控制范围很大，价格最高。

二、采用传感器的PID闭环系统

1．PID

PID是比例（P）、积分（I）、微分（D）调节器的总称。

比例调节器：

指同相比例放大器或反相比例放大器，其调节速度快、线性好，但存在静差。

积分调节器：

无静差，但反馈滞后。

微分调节器：

反应速度快。

三者结合，取长补短就构成了PID调节器。

2．采用PID实现反馈的变频器控制系统

变频器的PID功能一般内置在变频器中，使用时通过功能参数预置。

PID的输入信号一般由压力传感器、速度传感器、流量传感器等反馈获取，PID的输出信号应接在变频器的输入模拟控制端子上。

所控制的物理量由传感器的种类决定。

第六节变频器的外端子功能

复习变频器外接端子的分类。

一、主电路的端子

1．交流电源输入端子R、S、T

按变频器应用电压的不同，分为220V和380V两种。

使用时不能错接。

单相为220V，接在R、S、T中的两个端子之间，另一端子悬空。

三相为380V，R、S、T接3条相线。

2．逆变输出端子U、V、W

连接交流电动机，因此处输出的是与正弦交流电等效的高频脉冲调制波，使用中需注意以下几点：

（1）变频器的输出端不能连接进相电容或电涌吸收器；

（2）变频器与电动机之间的连线不能很长，因导线的分布电容会产生高频漏电流。

一般3.7kW以下电动机，连线不超过50m；3.7kW以上电动机，连线不超过100m。

（3）变频器与电动机之间不能连接开关；

（4）R、S、T和U、V、W端不能错接。

3．直流电抗器和制动电阻连接端子

用于外接直流电抗器和制动电阻。

4．接地端子

接地线要粗而短，接点接触良好。

必要时采用专用接地线。

第七节变频器常用电磁选件

变频器安装时为了防止电磁干扰、提高功率因数，以及电动机的制动等，要选用一些选配件（又称为选件），这些选配件由厂家另外供应。

图5-18是变频器安装时的连接图，图中各选件可根据需要选用。

一、交流输入电抗器

1．作用：

可以抑制变频器输入电流的高次谐波，明显改善变频器的功率因数。

２．选用情况：

有下列情况之一时就应考虑选配交流输入电抗器。

（1）变频器所用电源变压器的容量超过500kVA，并与变频器的容量之比为10：

1以上时；

（2）同一电源上接有晶闸管交流负载或带有开关控制的功率因数补偿装置时；

（3）三相电源的电压不平衡度≥3％时；

（4）需要改善输入侧的功率因数，接入交流输入电抗器后功率因数可增加到0.8~0.85。

３．结构

交流输入电抗器的结构为一铁心电感线圈。

4．参数

表5-2是电抗器的配置参数表。

各生产厂家都有与自己的变频器相匹配的电抗器产品供选用。

二、交流输出电抗器

1．作用：

滤除变频器输出端产生的有害谐波，

２．选用情况：

当变频器与电动机之间的配线较长（超过20米）时，选用交流输出电抗器可抑制由导线分布电容引起的过流，并可抑制变频器的无线电干扰。

３．结构：

交流输出电抗器的外形结构与图5-19相同。

４．参数：

表5-3为交流输出电抗器选配参数表。

三、电磁滤波器

１.分类：

分为输入电磁滤波器和输出电磁滤波器。

２．安装及作用：

输入电磁滤波器：

连接在电源与变频器之间，其作用是抑制变频器产生的高次谐波通过电源传导到其他设备或抑制外界无线电干扰以及瞬时冲击、浪涌对变频器的干扰。

具备线路滤波和辐射滤波双重作用，并具有共模和差模干扰抑制能力。

输出电磁滤波器：

安装在变频器和电动机之间，可减小输出电流中的高次谐波成份，抑制变频器输出侧的浪涌电压，减小电动机由高次谐波引起的附加转矩，减小电动机噪声，并抑制高次谐波的辐射。

３.　外形：

如图5-20所示，变频器安装时可根据具体要求考虑选用。

四、直流电抗器

１.作用：

主要是改善变频器的输入功率因数，防止电源对变频器的影响，保护变频器及抑制高次谐波。

2．使用场合：

在下列情况下应考虑配置直流电抗器。

（1）当给变频器供电的同一电源上有开关、无功补偿电容器屏或带有晶闸管调压负载时，因电容器屏开关切换引起的无功瞬变致使电网电压突变或晶闸管调压引起的电网波形缺口，有可能对变频器的输入整流电路造成影响。

（2）当变频器供电三相电源的不平衡度≥3％时；

（3）当要求变频器输入端的功率因数提高到0.93时；

（4）当变频器接入到大容量供电变压器上时，变频器输入电源回路流过的电流有可能对整流电路造成损害。

一般情况下，当变频器供电电源的容量大于550kW以上时，变频器需要配置直流电抗器。

3.外形：

直流电抗器的外形如图5-21所示，其外型尺寸如图5-22，它也是一铁心电感线圈。

4．参数：

表5-4是直流电抗器与变频器的配置参数表，使用时要根据变频器的容量大小选择直流电抗器的规格、型号。

五、制动选件

1．制动电阻

（1）使用场合：

电动机在停止时产生再生电能的场合时，要考虑选择制动电阻。

（2）制动电阻的参数选择：

包括选择电阻的阻值和选择电阻的耗散功率。

电阻的阻值决定制动时流过电阻电流的大小，耗散功率决定制动时电阻的容许发热量；由于制动电阻的发热量与通电时间成正比，因此在频繁起停的场合选择制动电阻时其耗散功率应适当加大；表5-5是制动电阻规格参数表。

（3）制动电阻的安装：

要与变频器保持一定距离，以利散热。

图5-23是台安N2系列变频器制动电阻外形和安装位置图。

2．制动单元选件

（1）作用：

当变频器产生再生电流使直流侧电压升高时用来控制电能向制动电阻释放。

（2）安装：

对于小功率变频器，一般是内置在变频器中；对于大功率变频器，由于制动单元在工作时会发热，所以通常安装在变频器之外，并作为选件供应。

在无内置制动单元的变频器中，制动单元和制动电阻配套选用，将制动电阻接在制动单元上，再将制动单元按要求连接到变频器上。

由于制动单元和制动电阻都是发热单元，安装时要互相有一定的距离，以便于散热。

制动单元和制动电阻的连接见第三章图3-5所示。

第八节、变频器的安装环境

1．周围温度、湿度

周围温度：

变频器的工作环境温度范围一般为－10o~＋40o，当环境温度大于变频器规定的温度时，变频器要降额使用或采取相应的通风冷却措施。

湿度：

变频器工作环境的相对湿度为5~90％（无结露现象）。

2．周围环境

变频器应安装在不受阳光直射、无灰尘、无腐蚀性气体、无可燃气体；无油污、蒸汽滴水等环境中。

安装场所的周围振动加速度应小于0.6g（g=9.8m/s2）。

3．海拔高度

变频器应用的海拔高度应低于1000m。

海拔高度大于1000m的场合，变频器要降额使用。

表5-9是富士变频器海拔高度与输出降额关系。

三、安装方向和空间

裸露安装：

用螺栓垂直安装在坚固的物体上。

正面是变频器文字键盘，请勿上下颠倒或平放安装。

周围要留有一定空间，上下10cm以上，左右5cm以上。

因变频器在运行过程中会产生热量，必需保持冷风畅通。