低压变频器基础知识.docx

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1、低压变频器基础知识一、变频技术的发展电力电子器件是变频器发展的基础，计算机技术和自动控制理论是变频器发展的支柱。电力电子器件由最初的半控器件SCR，发展为全控器件GTO晶闸管、GTR、MOSFET、IGBT,到今年研制出的IPM，单个器件的电压值和电流值的定额越来越大，工作速度越来越高，驱动功率和管耗越来越小。变频技术的核心控制由单片机完成，这些新技术和自动控制理论使变频器的容量越来越大，功能越来越强。市场需求也是变频器发展的动力，来自国家节能中心的数据：在全国总的电能消耗中：各种电机的耗电量占：50!其中风机泵的耗电量：50!即：全国的发电量中1/4被风机、泵消耗了！最新数据：各种风机、泵耗

2、电量占全国发电量的1/3!据测算我国潜在变频器市场是宏大的。变频器技术的发展趋势是：智能化，专门化，一体化，环保低噪变频技术已被公以为最理想，最有发展前途的调速方式之一，它主要应用在节能，自动化系统及提高工艺水安然平静产品质量等方面。二、变频调速的实现及分类1.交-交调速50Hz+-+50HzZU交-交调速只要一个变换环节，将恒压恒频的沟通电源转换成变压变频的电源，因而又称为直接变频器，它主要应用于大功率的三相异步电动机和同步电机的低速变频调速优点：原理简单，方便缺点：构造庞大，笨重；谐波成分大；频率最高不会大于30Hz因此其应用范围遭到限制2.交-直-交调速整流中间逆变UVWRST交-直-交

3、调速主要由三部分组成：整流电路，中间电路，和逆变电路优点：调速范围广；具有良好的动静态特性用可控硅实现VV，用IGBT逆变来实现VF我公司使用的是交-直-交变频调速，整流部分采用二极管进行整流，逆变部分采用功率器件IGBT来实现。下面简单谈一下IGBTIGBT全名绝缘栅极晶体管，它具有MOS和BJT双重成效。从输入上看，IGBT具有MOSFET的输入特性：输入阻抗高，属电压控制元件，因此驱动简单。从输出侧看，它具有BJT的输出特性：饱和压降低，耐压有1200V,1700V,3300V级，电流可达几百安，上千安，开关频率十几K,这些技术指标均可知足我公司变频器的要求。三、变频调速的原理变频器是将

4、固定频率的沟通电变换为频率连续可调的沟通电的装置。我公司选用的是VVVF(VariableVoltageVariableFrequency)调速异步电动机的转速)1(60spfn-=nnns-=P:电动机极对数n0:同步转速调节n，由三种方法：1.变p,只可跳变，不能连续调速，有局限性2.变s,调速范围越宽，系统效率越低1，2均为改造电机。3.变f,可连续大范围调速，转差率小，效率高n与f成正比，通过改变f即可改变电动机的转速，当f在0-50hz范围变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。但仅改变频率，电机将被烧坏，尤其当频率降低时，问题更突出。三相

5、异步电动机每相绕组的反电动势公式：FVfufEcfkKNfEmmmm=?=?=?=44.4其中：E：为每相定子绕组的反电动势N：为每相定子绕组的匝数K：为系数为了保持磁通m不变，故必须保持V/F恒比。假如磁通太弱就等于没有充分利用电动机的铁心，是一种浪费；假如过分增大磁通，又会使铁心饱和，过大的励磁电流会使绕组过热而损坏电动机。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变f的同时，也改变U.故为VVVF由式mmKNfE?=44.4可分成两种情况分析:(1)在频率低于供电的额定电源频率时属于恒转矩调速。变频器设计时为维持电机输出转矩不变，必须维持每极气隙磁通m不变，从公式可知，也就是要使E1/f1=

6、常数。这是在忽略定子漏阻抗压降的前提下，能够以为供应电机的电压U1与频率f1按一样比例变化，即U1/f1=常数。但是在频率较低时，定子漏阻抗压降已不能忽略，进而导致主磁通m和输出转矩下降，因而要人为地提高定子电压U，以作漏抗压降的补偿，维持E1/f1常数,保证主磁通m基本不变。因而这种方法被称为电压补偿转矩提升。此时变频器输出U1/f1关系如图1中的曲线2，而不再是曲线1。多数变频器在频率低于电机额定频率时,输出的电压U1和频率f1类似图1中曲线2,并且随着设置不同,可改变补偿曲线的形状，试用者要根据实际电机运行情况调整。(2)在频率高于定子供电的额定电源频率时属于恒功率调速。此时变频器的输出

7、频率f1提高，但变频器的电源电压由电网电压决定，不能继续提高。根据公式(3)，E1不能变，f1提高必然使m下降，由于m与电流或转矩成正比，因而也就使转矩下降，转矩固然下降了，但因转速升高了，所以它们两的乘积并未变，转矩与转速的乘积表征着功率。因而这时候电机处在恒功率输出的状态下运行。由以上分析可知通用变频器对异步电机调速时，输出频率和电压是按一定规律改变的，在额定频率下面，变频器的输出电压随输出频率升高而升高，即所谓变压变频调速(VVVF)。而在额定频率以上，电压并不变，只改变频率。四、变频器基础知识概述交-直-交变频器的主回路先把工频沟通电通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电转换成频率、

8、电压均可控制的的沟通电源，进而驱动电机。变频器主电路一般由整流、中间直流环节，逆变几部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流电路，逆变部分为IGBT三相逆变器，输出为PWM波形，中间直流环节为滤波，直流储能和缓冲无功功率.交直部分若线电压为LU，则三相全波整流后平均直流母线电压DU的大小为:LDUU35.1=滤波电容C的作用：1：滤平全波整流后的电压纹波2：当负载变化时，使直流电压保持平稳因电解电容有较大的离散性，故两个电容的电容量不完全一样，这将使他们承受的电压不等，为使其相等，故在电容旁个并联一个阻值相等的均压电阻。限流电阻和开关变频器刚盒上电源时，电容充电电流十分大，会损坏三相整流桥的二极

9、管及电解电容，延时电阻R的接入，是为了将电容器的充电电源限制在允许范围内。开关SL的作用：当C充电到一定程度时，令SL接通，将R短路掉。直交部分续流二极管的作用1电动机的绕组是电感性的，其电流具有无功分量，续流二极管为无功电流返回直流电源时提供通道。为电动机的无功分量提供通道2当频率下降变频调速系统的降速是通过降低频率来实现的，在频率刚降低的霎时，同步转速也同时下降，而拖动系统的转速则由于惯性尚未下降，于是出现了0nnm?的状态电动机处于再生制动状态时，再生电流将通过续流二极管整流后返回给直流电路。为再生发电提供通道，使电容充电。3IGBT进行逆变的工作经过是：同一桥臂的两个逆变管处于不同的交

10、替导通和截止状态。在这交替导通和截止的换相经过中，也不时地需VD1-VD7提供通道。为上、下IGBT交替导通提供通道制动电阻：当工作频率下降时，再生制动，拖动系统的动能要反应到直流电路中，使UD上升，危险。因而，须将再生到直流电路的能量消耗掉，使UD保持在允许范围内，RB是用来消耗这部分能量的。制动单元VB由GTR或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。主回路IBGT吸收电路IGBT的缓冲电路主要有如下图的三种电路形式，IGBT缓冲电路其中3.17A图是由一个低感电容组成，适用于小功率设计，用作对瞬变电压有效而低成本的控制。随着功率级别的增大，这种缓冲电路可能会同母

11、线寄生电感作减幅振荡，此时采用如下图的电路构造，使用快恢复二极管箝住瞬变电压，进而抑制谐振的发生。五、变频器的外围设备和选购件，这里介绍一下单台变频器构成的基本调速系统变频器构成的基本调速系统图中部件和功能如下：电源侧断路器或漏电保护式断路器：起电源开关作用。电磁接触器：保护时断开，电网复电后防止自动再投入。输入侧沟通电抗器：抑制输入侧的谐波电流，改善功率因数。直流电抗器：抑制谐波电流，改善输入侧功率因素。输出侧沟通电抗器：抑制输出侧的谐波电流，减少电机噪声。制动单元：消耗再生能量。传感器和反应网络是构成闭环控制回路的组成部分。六、低压变频器的整机原理框图七、系统控制电路的组成微机板工作原理1

12、主芯片概述单片机87C196和C51主要是给变频器提供工作中所需的各种控制信号，同时接受变频器的反应信号，经处理后识别变频器的工作状态，进而实现对变频器的控制。2驱动信号R8R822驱动单元所需的6路输入信号是由87C196单片机的P6口送出的，经三个74HC00逻辑处理后输出。74HC00的接入，主要是对输出波形进行整形和增加87C196的带载能力，减少其功耗。同时，对87C196和驱动单元之间起到隔离作用，减少驱动级对单片机的影响，保证了单片机的工作可靠性。3延时信号开机后经3S时间，87C196的28脚送出一控制信号，经74HC14输出至可控硅触发单元。目的是为使变频器开机后，各控制单元

13、进入稳定状态及整流滤波电容不产生充电电流突变，经一段时间的延时再参加主电源，保证变频器的开机安全。4过电压和欠电压保护工作原理低压小功率低压大功率过电压和欠电压保护是由运算放大器LM324构成的自激式函数发生器、电源整流滤波、电压比拟器、光电转换器，斯密特触发器，射级跟随器组成。采用了光电隔离的方法，加强了抗干扰性。1234567891011121314510V17C5610uf/50vC53103JD14E5659107R871KR2315.1KR23210KR028C66334JR22910K121314R2271KR22810KR2306.8KC3210uf/50vC17103JR226

14、6.8KR03R1.5+12V(e)+5VN3(2)D172DW23374HC14E6N3(3)N3(4)T380V-12V(f)+12V(e)4113456X7LM324LM324LM32410K10KIN41485短路保护电路原理74HC+5V1234567891011121314C45R206R207C47R202C48R203C46D55.1K5.1K200J200J200J200JX1X2短路保护是立即保护，要求的信号是瞬态值。短路保护的取样信号来自正、负电源母线上的电流传感器，当变频器正、负母线上电流霎时超过额定电流的180%时，这时，电流传感的输出电压值已到达74HC00的输入门

15、电压，会立即翻转输出一脉冲信号至单片机87C196的中断脚84脚，经单片机对信号的处理、识别后，然后发出控制指令。6过热保护电路原理过热保护取样是采用热继电器完成的，在正常工作状态下，热继电器的触点是闭合的，当变频调速器的温度到达继电器的动作温度772时，继电器触点断开，单片机87C196的27脚的电位由高电平变为低电平，单片机拾取这一信号后进行处理、识别，然后发出停机指令信号。还有一种情况就是在大功率的变频器尤其是多单元或中高压变频器中，因温度传感器走线太长，靠近主电路或电磁感应较强的地方，造成干扰，此时应采取抗干扰措施。如采用继电器隔离7过电流保护电路原理2.4K334J12K3K-12V

16、R113信入过电流保护信号的取样是由电流传感器从变频调速器三相输出中的两相中获得的，每一路取样都采用单独的放大器进行放大。由于过电流取样是对电流150%有效值的取样，它不是一个瞬态值，单片机87C196对此过流信号的识别时间为1min，在1min内，过流取样值不变时，就视为变频调速器输出过流并发出指令信号。在静态下，测A点的工作电压应为8钳位电路原理由于单片机87C196所要求的输入信号幅度为5V。为防止过电压和欠电压保护、过电流保护、外控输入等的输出信号幅度过大或过小，在输入端都接有一钳位电路后再送入单片机87C196的输入端。使输入信号最大不大于，最小不小于9开关量输入电路为了防止信号干扰，采用光电耦合器作隔离器10复位电路当变频器出现保护后，变频器的输出频率会从最高频率逐步下降至最低频率，至显示故障代码。此时可通过手动复位的方式，使变频器重新开场工作。R15.152的9脚11微机板留有两路集电极开路输出Y1,Y2，端子输出功能可编程，低压通用变频器一般为准备信号输出及运行信号输出