变频器

变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源,以实现电机的变速运行的设备,其中控制电路完成对主电路的控制,整流电路将交流电变换成直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆变电路将直流电再逆成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说,有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。

变频器的分类方法

变频器的分类方法有多种,按照主电路工作方式分类,可以分为电压型变频器和电流型变频器;按照开关方式分类,可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器;按照工作原理分类,可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等;按照用途分类,可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

VVVF:改变电压、改变频率 CVCF:恒电压、恒频率。各国使用的交流供电电源,无论是用于家庭还是用于工厂,其电压和频率均为400V/50Hz或200V/60Hz(50Hz),等等。通常,把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率,该设备首先要把电源的交流电变换为直流电(DC)。

用于电机控制的变频器,既可以改变电压,又可以改变频率。

变频器的工作原理:

我们知道,交流电动机的同步转速表达式位:
n=60 f(1-s)/p (1)
式中
n———异步电动机的转速;
f———异步电动机的频率;
s———电动机转差率;
p———电动机极对数。

由式(1)可知,转速n与频率f成正比,只要改变频率f即可改变电动机的转速,当频率f在0~50Hz的范围内变化时,电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的,是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

变频器接线图:


变频器控制方式

低压通用变频输出电压为380~650V,输出功率为0.75~400kW,工作频率为0~400Hz,它的主电路都采用交—直—交电路。其控制方式经历了以下四代。

1U/f=C的正弦脉宽调制(SPWM)控制方式

其特点是控制电路结构简单、成本较低,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求,已在产业的各个领域得到广泛应用。但是,这种控制方式在低频时,由于输出电压较低,转矩受定子电阻压降的影响比较显著,使输出最大转矩减小。另外,其机械特性终究没有直流电动机硬,动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意,且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化,转矩响应慢、电机转矩利用率不高,低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降,稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。

电压空间矢量(SVPWM)控制方式

它是以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,一次生成三相调制波形,以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进,即引入频率补偿,能消除速度控制的误差;通过反馈估算磁链幅值,消除低速时定子电阻的影响;将输出电压、电流闭环,以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多,且没有引入转矩的调节,所以系统性能没有得到根本改善。

矢量控制(VC)方式

矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相-二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1,再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流;It1相当于与转矩成正比的电枢电流),然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度,磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制。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。

直接转矩控制(DTC)方式

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等效为直流电动机,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。

矩阵式交—交控制方式

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。其共同缺点是输入功率因数低,谐波电流大,直流电路需要大的储能电容,再生能量又不能反馈回电网,即不能进行四象限运行。为此,矩阵式交—交变频应运而生。由于矩阵式交—交变频省去了中间直流环节,从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l,输入电流为正弦且能四象限运行,系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟,但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量,而是把转矩直接作为被控制量来实现的。

具体方法是:

  • 控制定子磁链引入定子磁链观测器,实现无速度传感器方式;
  • 自动识别(ID)依靠精确的电机数学模型,对电机参数自动识别;
  • 算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制;
  • 实现Band—Band控制按磁链和转矩的Band—Band控制产生PWM信号,对逆变器开关状态进行控制。

矩阵式交—交变频具有快速的转矩响应(<2ms),很高的速度精度(±2%,无PG反馈),高转矩精度(<+3%);同时还具有较高的起动转矩及高转矩精度,尤其在低速时(包括0速度时),可输出150%~200%转矩。

来源:技成培训

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变频器产生干扰的原因和解决办法

demi的头像

在设备配电中,变频器、交流接触器、继电器和开关电源等等都会产生干扰其他电气的信号。变频器对PLC和步进电机的干扰比较明显,变频器的谐波可以使PLC显示器产生闪烁、PLC按键失灵、PLC的信号输入和输出工作失常。而变频器的干扰也可以使步进电机产生震动和运行失步。

一、上电后键盘无显示

1. 检查输入电源是否正常,若正常,可测量直流母线P、N端电压是否正常:若没电压,可断电检查充电电阻是否损坏断路。

2. 经查P、N端电压正常,可更换键盘及键盘线,如果仍无显示,则需断电后检查主控板与电源板连接的26P排线是否有松脱现象或损坏断路。

3.若上电后开关电源工作正常,继电器有吸合声音,风扇运转正常,仍无显示,则可判定键盘的晶振或谐振电容坏,此时可更换键盘或修理键盘。

4.如果上电后其它一切正常,但仍无显示,开关电源可能未工作,此时需停电后拔下P、N端电源,检查IC3845的静态是否正常(凭经验进行检查)。如果IC3845静态正常,此时在P、N加直流电压后18V/1W稳压二极管两端约8V左右的电压,但开关电源并未工作,断电检查开关变压器副边的整流二极管是否有击穿短路。

5. 上电后18V/1W稳压二极管有电压,仍无显示,可除去外围一些插线,包括继电器线插头、风扇线插头,查风扇、继电器是否有短路现象。

6. P、N端上电后,18V/1W稳压二极管两端电压为8V左右,用示波器检查IC3845的输入端④脚是否有锯齿波,输出端⑥脚是否有输出。

7. 检查开关电源的输出端+5V、±15V、+24V及各路驱动电源对地以及极间是否有短路。

二、键盘显示正常,但无法操作

1.若键盘显示正常,但各功能键均无法操作,此时应检查所用的键盘与主控板是否匹配(是否含有IC75179),对于带有内外键盘操作的机器,应检查一下你所设置的拨码开关位置是否正确。

2. 如果显示正常,只是一部分按键无法操作,可检查按键微动开关是否不良。

三、电位器不能调速

1. 首先检查控制方式是否正确。

2. 检查给定信号选择和模拟输入方式参数设置是否有效。

3. 主控板拨码开关设置是否正确。

4. 以上均正确,则可能为电位器不良,应检查阻值是否正常。

四、过流保护(OC)

1. 当变频器键盘上显示“FO OC”时“OC”闪烁,此时可按“∧”键进入故障查询状态,可查到故障时运行频率、输出电流、运行状态等,可根据运行状态及输出电流的大小,判定其“OC”保护是负载过重保护还是Vce保护(输出有短路现象、驱动电路故障及干扰等)。

2. 若查询时确定由于负载较重造成加速上升时电流过大,此时适当调整加速时间及合适的V/F特性曲线。

3. 如果没接电机,空运行变频器跳“OC”保护,应断电检查IGBT是否损坏,检查IGBT的续流二极管和GE间的结电容是否正常。若正常,则需检查驱动电路:①检查驱动线插接位置是否正确,是否有偏移,是否虚插。②检查是否是因HALL 及线不良导致“OC”。③检查驱动电路放大元件(如IC33153 等)或光耦是否有短路现象。④检查驱动电阻是否有断路、短路及电阻变值现象。

4. 若在运行过程中跳“OC”,则应检查电机是否堵转(机械卡死),造成负载电流突变引起过流。

5. 在减速过程中跳“OC”,则需根据负载的类型及轻重,相应调整减速时间及减速模式等。

五、过载保护(OL)

1. 当变频器键盘上显示“FO OL”时“OL”闪烁,此时可按“∧”键进入故障查询状态,可查到故障时运行频率、输出电流、运行状态等,可根据运行状态及输出电流的大小,若输出电流过大,则可能负载过重引起,此时应调整加、减速时间及V/F曲线、转矩提升等。若仍过载,则应考虑减轻负载或更换更大容量的变频器。

2. 若查询故障时输出电流并不大,此时应检查电子热过载继电器参数是否适当。

3. 检查HALL及线是否有不良。

六、过热保护(OH)

1. 检查温度开关线插头是否插好,用万用表检测温度开关线是否断开,若断开则可断定温度开关线断路或温度开关损坏。

2. 风扇不良导致过热保护。

3. 环境温度过高,散热效果较差,变频器内部温度较高导致过热保护。

4. 对于带有整流桥的七单元IGBT的变频器,其温度检测是利用IGBT内部的热敏电阻的阻值变化进行温度检测的,若出现“OH”过热保护,有如下原因:①比较器坏,输出高电平所制。②比较器比较电阻变值,比较电压较低。③IGBT 内部的热敏电阻阻值异常。

七、过压保护(OU)

1. 变频器在减速过程中出现过压保护,是由于负载惯性较大所致,此时应延长减速时间,若仍无效,可加装制动单元和制动电阻来消耗能量。

2. 因更换电源板或主控板所引起的过压保护,需调整VpN参数电阻。

3. 输入电源电压高于变频器额定电压太多,也能出现过压。

八、欠压保护(LU)

1. 首先检查输入电源电压是否正常,接线是否良好,是否缺相。

2. “04”值参数电阻是否适当。

3. 因更换电源板或主控板所引起的欠压保护,需调整VpN参数电阻。

4. 电压检测回路,运放等器件不良也能导致欠压。

九、有频率显示,但无电压输出

1. 变频器运行后,有运行频率,但在U、V、W之间无电压输出,此时需检查载波频率参数是否有丢失。

2. 若载波频率参数正常,可运行变频器,用示波器检查其驱动波形是否正常。

3. 若驱动波形不正常,则需检查主控板CPU发出的SPWM波形是否正常,若异常,则CPU故障;若主控板的SPWM波形正常,则需断电更换26P排线再试,若驱动板驱动波形仍不正常,则驱动电路部分有故障,需修理或更换。

十、继电器不吸合

1. 首先应检查输入电源是否异常(如缺相等)。

2. 检查电源板与电容板之间的连线是否正确,是否有松动现象。

3. 检查主控板与电源板之间的26P排线是否有接触不良或断线现象,导致REC控制信号无效,继电器不吸合。

4. 继电器吸合回路元器件坏也导致继电器不吸合。

5. 继电器内部坏(如线圈断线等)。

来源:电气自动化控制网,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

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