變頻器的工作原理與安裝調試

1、變頻器的工作原理與安裝調試一、前言在這三年，主要學了數控機床的安裝與調試，廣州數控980T、928TC、928TE等，老師由淺到深，慢慢引導我去學習，打下了扎實的基礎，撐握了熟練的技能與操作。由于電力電子技術的不斷發(fā)展和進步，伴隨著新的控制理論的提出與完善，使交流調速傳動，尤其是性能優(yōu)異的變頻調速傳動得到飛速的發(fā)展。近年來，變頻器的售價不斷下降，而其使用功能卻不斷提升和擴大，它現在已經廣泛應用于從一些數百瓦級的家用器械直到一些數千千瓦級的大型工業(yè)傳動裝置的驅動。交流變頻調速已從最初的只能用于風機、水泵的調速過渡到應用于各類要求，高精度、快響應的高性能調速指標的工業(yè)現場。變頻器的大量推廣使用，在

2、節(jié)能、省力化、自動化及提高生產率、提高質量、減少維修和提高舒適性等多方面都取得了令世人矚目的應用效果。但是，變頻器畢竟是近20年來新出現的一種蘊涵多種高新技術的電力電子產品，要想讓它發(fā)揮很好的應用效果，就必須對它的選型和配置作深入的研究。變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機的工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器的廣泛應用給工業(yè)帶來了巨大的發(fā)展。二、實訓的目、與要求與內容實訓的目的（1）了解變頻器工作原理及連接方法。（2）了解變頻器在實際應用的注意事項。（3）了解變頻器的安裝調試方法。實訓的要求（1）掌握變頻器的工作原理及連接方法。（2）掌握變頻器的實際應用的注意事項

3、。（3）掌握變頻器的安裝調試方法。實訓的內容隨著工業(yè)的發(fā)展，變頻器的廣泛應用，但人們對變頻器的選用與安裝調試不太了解，現在以三菱FR-A740變頻器為例。對其的工作原理與安裝調試進行講。三菱FR-A740變頻器的工件原理。變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現在使用的變頻器主要采用交直交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器主要是由主電路、控制電路組成。主電路:主電路是給異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類

4、:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的逆變器。整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉。平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電

5、源和主電路構成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。逆變器:同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關器件導通、關斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型PWM逆變器為例示出開關時間和電壓波形控制電路:控制電路是給異步電動機供電（電壓、頻率可調）的主電路提供控制信號的回路，如圖1所示，控制電路由以下電路組成：頻率、電壓的運算電路、主電路的電壓、電流檢測電路、電動機的速度檢測電路、將運算電路的控制信號進行放大的驅動電路，以及逆變器和電動機的保護電路。運算電路：將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。電壓

6、、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。驅動電路：驅動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導通、關斷。速度檢測電路:以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器（tg、plg等）的信號為速度信號，送入運算回路，根據指令和運算可使電動機按指令速度運轉。保護電路:檢測主電路的電壓、電流等，當發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。GBT欠壓鎖定保護(UVLO功能 ：在剛剛上電的過程中，芯片供電電壓由0V逐漸上升到最大值。如果此時芯片有輸出會造成IGBT門極電壓過低，那么它會工作在線性放大區(qū)。HCPL316J芯片的欠壓I鎖定保護的功能(

7、UVLO可以解決此問題。當VCC與VE之間的電壓值小于12V時，輸出的低電平，以防止IGBT工作在線性工作區(qū)造成發(fā)熱過多進而燒毀。示意圖詳見圖1中含UVLO部分。 圖1 HCPL-316J內部原理圖IGBT過流保護功能：HCPL-316J具有對IGBT的過流保護功能，它通過檢測IGBT的導通壓降來實施保護動作。同樣從圖上可以看出，在其內部有固定的7V電平，在檢測電路工作時，它將檢測到的IGBT CE極兩端的壓降與內置的7V電平比較，當超過7V時，HCPL-316J芯片輸出低電平關斷IGBT，同時，一個錯誤檢測信號通過片內的光的反饋給輸入側，以便于采取相應的解決措施。在IGBT關斷時，其CE極的

8、兩端的電壓必定是超過7V的，但此時，過流檢測電路失效，HCPL-316J芯片不會報故障信號。實際上，由于二極管的管壓降，在IGBT的CE 極間電壓不到7V時芯片就采取保護動作。 整個電路板的作用相當于一個光耦隔離放大電路。它的核心部分是芯片HCPL-316J，其中由控制器(DSP-TMS320F2812產生XPWM1及XCLEAR*信號輸出給HCPL-316J，同時HCPL-316J產生的IGBT故障信號FAULT*給控制器。同時在芯片的輸出端接了由NPN和PNP組成的推挽式輸出電路,目的是為了提高輸出電流能力，匹配IGBT驅動要求。當HCPL-316J輸出端VOUT輸出為高電平時，推挽電路上

9、管(T1導通，下管(T2截止， 三端穩(wěn)壓塊LM7915輸出端加在IGBT門極(VG1上，IGBT VCE為15V，IGBT導通。當HCPL-316J輸出端VOUT輸出為低電平時，上管(T1截止，下管(T1導通，VCE為-9V，IGBT關斷。以上就是IGBT的開通關斷過程。三菱FR-A740變頻器的外形各部件。三、變頻器的安裝與安裝調試變頻器的選型變頻器的正確選用對于機械設備電控系統(tǒng)的正常運行是至關重要的。選擇變頻器，首先要按照機械設備的類型、負載轉矩特性、調速范圍、靜態(tài)速度精度、起動轉矩和使用環(huán)境的要求，然后決定選用何種控制方式和防護結構的變頻器最合適。所謂合適是在滿足機械設備的實際工藝生產要

10、求和使用場合的前提下，實現變頻器應用的最佳性價比。恒定轉矩負載負載轉矩TL與轉速n無關，任何轉速下TL總保持恒定或基本恒定。例如傳送帶、攪拌機，擠壓機等摩擦類負載以及吊車、提升機等位能負載都屬于恒定轉矩負載。變頻器拖動恒定轉矩性質的負載時，低速度下的轉矩要足夠大，并且有足夠的過載能力。如果需要在低速度下的穩(wěn)速運行，應該考慮標準異步電動機的散熱能力，避免電動機的溫升過高。 恒定功率負載機床主軸和軋機、造紙機、塑料薄膜生產線中的卷取機、開卷機等要求的轉矩，大體與轉速成反比，這就是所謂的恒功率負載。負載的恒功率性質應該是就一定的速度變化范圍而言的。當速度很低時，受機械強度的限制，TL不可能無限增大，

11、在低速度下轉變?yōu)楹戕D矩性質。負載的恒功率區(qū)和恒定轉矩區(qū)對傳動方案的選擇有很大的影響。電動機在恒磁通調速時，最大容許輸出轉矩不變，屬于恒轉矩調速；而在弱磁調速時，最大容許輸出轉矩與速度成反比，屬于恒功率調速。如果電動機的恒轉矩和恒功率調速的范圍與負載的恒轉矩和恒定功率范圍相一致時，即所謂"匹配"的情況下，電動機的容量和變頻器的容量均最小。風機、泵類負載在各種風機、水泵、油泵中，隨葉輪的轉動，空氣或液體在一定的速度范圍內所產生的阻力大致與速度n的2次方成正比。隨著轉速的減小，轉速按轉速的2次方減小。這種負載所需的功率與速度的3次方成正比。當所需風量、流量減小時，利用變頻器通過調

12、速的方式來調節(jié)風量、流量，可以大幅度地節(jié)約電能。由于高速時所需功率隨轉速增長過快，與速度的三次方成正比，所以通常不應使風機、泵類負載的超工頻運行。安裝與接線變頻器與供電電源之間應裝設帶有短路及過載保護的低壓斷路器、交流接觸器，以免變頻器發(fā)生故障時事故擴大。電控系統(tǒng)的急停控制應使變頻器電源側的交流接觸器開斷，徹底切斷變頻器的電源供給，保證設備及人身安全。注意：電磁波的干擾，變頻器輸出、輸入包含有諧波的成分，可能干擾變頻器的通訊設備（如AM收音機）。外圍設備的詳細情況及選件參照外圍設備的使用手冊。 接線方式端子的規(guī)格說明：四、檢查與運行變頻器通電前的檢查(1檢測機器型號與自己合同上的型號是否匹配。

13、(2檢測運輸過程中是否有機器損壞，螺絲松動脫落，是否機器內部有雜物等。(3連接輸入電源線，檢測輸入線是否連接正確，是否松動。變頻器的試運行步驟：(1.變頻器先空載運行。1設置電機的功率、極數,要綜合考慮變頻器的工作電流。2設定變頻器的最大輸出頻率、基頻、設置轉矩特性。3將變頻器設置為自帶的鍵盤操作模式,按運行鍵、停止鍵,觀察電機是否能正常地啟動、停止。4熟悉變頻器運行發(fā)生故障時的保護代碼,觀察過熱保護繼電器的出廠值,觀察過載保護的設定值,需要時可以修改。(2.輕載運行。1手動操作變頻器面板的運行停止鍵,觀察電機運行停止過程及變頻器的顯示窗,看是否有異?，F象。2如果啟動P停止電機過程中變頻器出現

14、過流保護動作,應重新設定加速P減速時間。3后重載運行。五、參數調試操作面板參數設置在進行設備通訊之前，必須對變頻器的相關參數進行設置，首先在a7np卡上設置網絡節(jié)點地址，必須要與step 7硬件組態(tài)中設置的地址完全一致，這個設置主要通過a7np上sw3,sw1的兩個旋鈕開關來調節(jié)的，另外其他主要參數設置如表1所示 ，它們是在fr-a740的操作面板設置的。六、維護工作溫度。變頻器內部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，產品一般要求為055，但為了保證工作安全、可靠，使用時應考慮留有余地，最好控制在40以下。在控制箱中，變頻器一般應安裝在箱體上部，并嚴格遵守產品說明書中的安裝要求，絕對不

15、允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。環(huán)境溫度。溫度太高且溫度變化較大時，變頻器內部易出現結露現象，其絕緣性能就會大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故。必要時，必須在箱中增加干燥劑和加熱器。在水處理間，一般水汽都比較重，如果溫度變化大的話，這個問題會比較突出。腐蝕性氣體。使用環(huán)境如果腐蝕性氣體濃度大，不僅會腐蝕元器件的引線、印刷電路板等，而且還會加速塑料器件的老化，降低絕緣性能。振動和沖擊。裝有變頻器的控制柜受到機械振動和沖擊時，會引起電氣接觸不良?；窗矡犭娋统霈F這樣的問題。這時除了提高控制柜的機械強度、遠離振動源和沖擊源外，還應使用抗震橡皮墊的固定控制柜外和內電磁開關之類產生振動的元器

16、件。設備運行一段時間后，應對其進行檢查和維護。電磁波干擾。變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內儀表和電子系統(tǒng)，應該選用金屬外殼，屏蔽變頻器對儀表的干擾。所有的元器件均應可靠接地，除此之外，各電氣元件、儀器及儀表之間的連線應選用屏蔽控制電纜，且屏蔽層應接地。如果處理不好電磁干擾，往往會使整個系統(tǒng)無法工作，導致控制單元失靈或損壞。防止輸入端過電壓。變頻器電源輸入端往往有過電壓保護，但是，如果輸入端高電壓作用時間長，會使變頻器輸入端損壞。因此，在實際運用中，要核實變頻器的輸入電壓、單相還是三相變頻器使用額定電壓。特別是電源

17、電壓極不穩(wěn)定時要有穩(wěn)壓設備，否則會造成嚴重后果。防雷。在變頻器中，一般都設有雷電吸收網絡，主要防止瞬間的雷電侵入，使變頻器損壞 。但在實際工作中，特別是電源線架空引入的情況下，單靠變頻器的吸收網絡是不能滿足要求的。在雷電活躍地區(qū)，這一問題尤為重要，如果電源是架空進線，在進線處裝設變頻專用避雷器(選件，或有按規(guī)范要求在離變頻器20m的遠處預埋鋼管做專用接地保護。如果電源是電纜引入，則應做好控制室的防雷系統(tǒng)，以防雷電竄入破壞設備。實踐表明，這一方法基本上能夠有效解決雷擊問題。小結： 總之，在設計、安裝、使用變頻器時一定要遵從變頻器使用說明書的指導。 各電氣設計人員，現場電氣調試人員可以在此基礎上完善此變頻器參考。結束語：隨著電力電子技術的不斷發(fā)展完善，交流變頻調速技術日益顯現出優(yōu)異的控制及調速性能，高效率、易維護等特點，加之它的價格不斷下降，使其在機械設備的調速領域中