變頻調(diào)速基本原理及控制原理

1、變頻調(diào)速基本原理及控制原理1基本原理：目前使用較多的是“交一直一交”變頻，原理如圖1所示，將50Hz交流整流為直流電Ud,再由三相逆變器將直流逆變?yōu)轭l率可調(diào)的三相交流供給鼠籠電機實現(xiàn)變頻調(diào)速。2控制原理：變頻調(diào)速裝置主電路(見圖2)由空氣開關QF1,交流接觸器KM1和變頻器VF組成，由安裝在配電柜面板上的轉換開關SA,復位開關SB；或安裝在現(xiàn)場防爆操作柱上啟動按鈕SB和停止按鈕SB2控制VF的運行：(1)啟動VF時必須先合上QF1和QF2，使SA置于啟動位置，KM1便帶動電觸點閉合，來電顯示燈HL2亮；此時按下SB，也可以按下現(xiàn)場SB1使KA1帶電觸點閉合，VF投入運行同時運行指示燈HL3亮。

2、(2)需要停止VF時，按下SB2使KA1失電，VF停止運行，此時HL3滅；置SA于停止位置，KM1斷開同時HL1亮表示停機。(3)如果在運行過程中VF有故障FLA、FLC端口將短接，KA2帶電，KM帶電其觸點斷開，同時故障指示燈HL3亮并報警。由于工藝條件復雜，實際運行過程中有多方面不確定因素，為安全其見，每臺變頻器均加有一旁路接觸器KM2；如果KM1或VF發(fā)生故障時保證電機仍能變頻運行。變頻調(diào)速實行閉環(huán)負反饋自動控制即由儀表裝置供給變頻器1V和CC端口420MA電信號，靠信號大小改變來控制VF頻率高低變化達到調(diào)節(jié)電動機轉速和輸出功率的目的，使泵流量和實際工藝需求最佳匹配，實現(xiàn)儀表電氣聯(lián)合自動

3、控制體系。二、實際運用分析1. 變頻調(diào)速實行工藝過程控制，由于生產(chǎn)流程和工藝條件的復雜性；不通過實踐有些問題不被人們認識，只有通過實踐才能找出解決這此問題方法和途徑。在閉環(huán)控制回路中，變頻器作用類似風開式調(diào)節(jié)閥，對于實用風關式調(diào)節(jié)閥控制回路需在變頻器上設定最低下降頻率，當儀表裝置故障時變頻器輸出最低頻率，保證電機運轉，維持工藝流程最低安全量，不至于生產(chǎn)中斷。變頻器下限頻率設定必須通過實際測試，不能隨意變動。就拿P6101A脫丙烷塔進料泵來說，當時調(diào)試時當儀表信號4AM時，變頻器輸出頻率10Hz,此時根本達不到工藝需要流量，通過儀表、電氣專業(yè)人員多測試設定4MA信號輸出23Hz能達到最低安全量，

4、故23Hz便沒定為法定下限參數(shù)，這樣既可保證工藝安全運行又有27Hz的頻率調(diào)節(jié)范圍。完全達到變頻調(diào)節(jié)目的。2. 機泵有多條支路情況是變頻調(diào)速閉環(huán)控制難點。這里考慮因素很多，情況也千差萬別，選定控制方案要進行縝密分析和細致比較，否則會造成項目失敗。一般情況下多條支路流量壓力差別較大時，選擇流量大或壓力高的支路作為調(diào)節(jié)參數(shù)，控制變頻器，其它支路采用調(diào)節(jié)閥，當量上的支路控制參數(shù)發(fā)生變化或擾動所需調(diào)節(jié)量很小，不致于對量的支路造成影響，而量大的支路，控制參數(shù)變化所需的調(diào)節(jié)量，能滿足小支路的調(diào)節(jié)，最終達到平衡。3所有變頻器均安裝在配電柜機，安全起見，均加有旁路接觸器KM2，當變頻調(diào)速裝置出現(xiàn)故障時，電機可

5、以自動切換到旁路正常運行，這一點是很重要的，因為變頻器的許多操作情況我們不很熟悉一旦出故障便失去調(diào)節(jié)手段。在二聯(lián)合剛投產(chǎn)時就出現(xiàn)過這種情況，丙烯精餾塔回流泵P6107A回路變頻器試運行時有點問題，一時找不出原因，為不耽誤工期，只有先打到旁路試運行此外，調(diào)節(jié)閥也不能隨意取消，裝置開工或新裝置投產(chǎn)時調(diào)節(jié)閥的作用是變頻器取代不了的。二.變頻器基本參數(shù)的調(diào)試變頻器功能參數(shù)很多，一般都有數(shù)十甚至上百個參數(shù)供用戶選擇。實際應用中，沒必要對每一參數(shù)都進行設置和調(diào)試，多數(shù)只要采用出廠設定值即可。一 加減速時間加速時間就是輸出頻率從0上升到最大頻率所需時間，減速時間是指從最大頻率下降到0所需時間。通常用頻率設定

6、信號上升、下降來確定加減速時間。在電動機加速時須限制頻率設定的上升率以防止過電流，減速時則限制下降率以防止過電壓。加速時間設定要求：將加速電流限制在變頻器過電流容量以下，不使過流失速而引起變頻器跳閘；減速時間設定要點是：防止平滑電路電壓過大，不使再生過壓失速而使變頻器跳閘。加減速時間可根據(jù)負載計算出來，但在調(diào)試中常采取按負載和經(jīng)驗先設定較長加減速時間，通過起、停電動機觀察有無過電流、過電壓報警；然后將加減速設定時間逐漸縮短，以運轉中不發(fā)生報警為原則，重復操作幾次，便可確定出最佳加減速時間。二 轉矩提升又叫轉矩補償，是為補償因電動機定子繞組電阻所引起的低速時轉矩降低，而把低頻率范圍f/v增大的方

7、法。設定為自動時，可使加速時的電壓自動提升以補償起動轉矩，使電動機加速順利進行。如采用手動補償時，根據(jù)負載特性，尤其是負載的起動特性，通過試驗可選出較佳曲線。對于變轉矩負載，如選擇不當會出現(xiàn)低速時的輸出電壓過高，而浪費電能的現(xiàn)象，甚至還會出現(xiàn)電動機帶負載起動時電流大，而轉速上不去的現(xiàn)象。三 電子熱過載保護本功能為保護電動機過熱而設置，它是變頻器內(nèi)CPU根據(jù)運轉電流值和頻率計算出電動機的溫升，從而進行過熱保護。本功能只適用于“一拖一”場合，而在“一拖多”時，則應在各臺電動機上加裝熱繼電器。電子熱保護設定值()=電動機額定電流(A)/變頻器額定輸出電流(A)X100%。四 頻率限制即變頻器輸出頻率

8、的上、下限幅值。頻率限制是為防止誤操作或外接頻率設定信號源出故障，而引起輸出頻率的過高或過低，以防損壞設備的一種保護功能。在應用中按實際情況設定即可。此功能還可作限速使用，如有的皮帶輸送機，由于輸送物料不太多，為減少機械和皮帶的磨損，可采用變頻器驅(qū)動，并將變頻器上限頻率設定為某一頻率值，這樣就可使皮帶輸送機運行在一個固定、較低的工作速度上。五 偏置頻率有的又叫偏差頻率或頻率偏差設定。其用途是當頻率由外部模擬信號（電壓或電流）進行設定時，可用此功能調(diào)整頻率設定信號最低時輸出頻率的高低，如圖1。有的變頻器當頻率設定信號為0%時，偏差值可作用在0fmax范圍內(nèi)，有的變頻器（如明電舍、三墾）還可對偏置

9、極性進行設定。如在調(diào)試中當頻率設定信號為0%時，變頻器輸出頻率不為0Hz,而為xHz,則此時將偏置頻率設定為負的xHz即可使變頻器輸出頻率為0Hz。六 頻率設定信號增益此功能僅在用外部模擬信號設定頻率時才有效。它是用來彌補外部設定信號電壓與變頻器內(nèi)電壓（+10v）的不一致問題；同時方便模擬設定信號電壓的選擇，設定時，當模擬輸入信號為最大時（如10v、5v或20mA）,求出可輸出f/V圖形的頻率百分數(shù)并以此為參數(shù)進行設定即可；如外部設定信號為05v時，若變頻器輸出頻率為050Hz,則將增益信號設定為200%即可。七 轉矩限制可分為驅(qū)動轉矩限制和制動轉矩限制兩種。它是根據(jù)變頻器輸出電壓和電流值，經(jīng)

10、CPU進行轉矩計算，其可對加減速和恒速運行時的沖擊負載恢復特性有顯著改善。轉矩限制功能可實現(xiàn)自動加速和減速控制。假設加減速時間小于負載慣量時間時，也能保證電動機按照轉矩設定值自動加速和減速。驅(qū)動轉矩功能提供了強大的起動轉矩，在穩(wěn)態(tài)運轉時，轉矩功能將控制電動機轉差，而將電動機轉矩限制在最大設定值內(nèi)，當負載轉矩突然增大時，甚至在加速時間設定過短時，也不會引起變頻器跳閘。在加速時間設定過短時，電動機轉矩也不會超過最大設定值。驅(qū)動轉矩大對起動有利，以設置為80100%較妥。制動轉矩設定數(shù)值越小，其制動力越大，適合急加減速的場合，如制動轉矩設定數(shù)值設置過大會出現(xiàn)過壓報警現(xiàn)象。如制動轉矩設定為0%，可使加

11、到主電容器的再生總量接近于0，從而使電動機在減速時，不使用制動電阻也能減速至停轉而不會跳閘。但在有的負載上，如制動轉矩設定為0%時，減速時會出現(xiàn)短暫空轉現(xiàn)象，造成變頻器反復起動，電流大幅度波動，嚴重時會使變頻器跳閘，應引起注意。八 加減速模式選擇又叫加減速曲線選擇。一般變頻器有線性、非線性和S三種曲線，通常大多選擇線性曲線；非線性曲線適用于變轉矩負載，如風機等；S曲線適用于恒轉矩負載，其加減速變化較為緩慢。設定時可根據(jù)負載轉矩特性，選擇相應曲線，但也有例外，筆者在調(diào)試一臺鍋爐引風機的變頻器時，先將加減速曲線選擇非線性曲線，一起動運轉變頻器就跳閘，調(diào)整改變許多參數(shù)無效果，后改為S曲線后就正常了。

12、究其原因是：起動前引風機由于煙道煙氣流動而自行轉動，且反轉而成為負向負載，這樣選取了S曲線，使剛起動時的頻率上升速度較慢，從而避免了變頻器跳閘的發(fā)生，當然這是針對沒有起動直流制動功能的變頻器所采用的方法。九 轉矩矢量控制矢量控制是基于理論上認為：異步電動機與直流電動機具有相同的轉矩產(chǎn)生機理。矢量控制方式就是將定子電流分解成規(guī)定的磁場電流和轉矩電流，分別進行控制，同時將兩者合成后的定子電流輸出給電動機。因此，從原理上可得到與直流電動機相同的控制性能。采用轉矩矢量控制功能，電動機在各種運行條件下都能輸出最大轉矩，尤其是電動機在低速運行區(qū)域?，F(xiàn)在的變頻器幾乎都采用無反饋矢量控制，由于變頻器能根據(jù)負載

13、電流大小和相位進行轉差補償，使電動機具有很硬的力學特性，對于多數(shù)場合已能滿足要求，不需在變頻器的外部設置速度反饋電路。這一功能的設定，可根據(jù)實際情況在有效和無效中選擇一項即可。與之有關的功能是轉差補償控制，其作用是為補償由負載波動而引起的速度偏差，可加上對應于負載電流的轉差頻率。這一功能主要用于定位控制。十節(jié)能控制風機、水泵都屬于減轉矩負載，即隨著轉速的下降，負載轉矩與轉速的平方成比例減小，而具有節(jié)能控制功能的變頻器設計有專用v/f模式，這種模式可改善電動機和變頻器的效率，其可根據(jù)負載電流自動降低變頻器輸出電壓，從而達到節(jié)能目的，可根據(jù)具體情況設置為有效或無效。要說明的是，九、十這兩個參數(shù)是很

14、先進的，但有一些用戶在設備改造中，根本無法啟用這兩個參數(shù)，即啟用后變頻器跳閘頻繁，停用后一切正常。究其原因有：(1)原用電動機參數(shù)與變頻器要求配用的電動機參數(shù)相差太大。(2)對設定參數(shù)功能了解不夠，如節(jié)能控制功能只能用于v/f控制方式中，不能用于矢量控制方式中。(3)啟用了矢量控制方式，但沒有進行電動機參數(shù)的手動設定和自動讀取工作，或讀取方法不當。這是我前段時間的貼子VV西門子ECO變頻器維修心得>>故障現(xiàn)象R、S、T三相輸入短路，無顯示。故障分析與維修拆開機器就發(fā)現(xiàn)嚴重的短路現(xiàn)象，整流模塊和IGBT模塊爆裂，短路造成的黑色積炭噴得到處都是，主回路兩個繼電器也爆開，主控板暫時沒有發(fā)

15、現(xiàn)問題，但驅(qū)動部分燒了好幾處，另外儲能大電容一部分都已發(fā)漲，電容板上的兩顆大螺絲接觸處全部燒焦，這就是西門子ECO變頻器的通病，因為所有電量都是要經(jīng)過這兩顆鐵螺絲，一旦鐵螺絲生銹，很容易引起電容的充放電不良，這樣電容發(fā)熱，漏電，發(fā)漲到最后損壞重要器件就不在話了，為了防止再次接觸不良打火，在上螺絲同時最好焊上幾股粗銅線，維修觸發(fā)板時不知道參數(shù)的，可以從控制板上完好的器件與損壞相同的對比，修復該板的電壓分別為-4.7伏，-4.44伏，更換損壞器件后，可以加電試驗，試驗步驟按主回路到控制空載，負載分別運行檢查。加電試驗前為保證器件安全，防止再次損壞重要器件，大容量暫時不要裝止，用兩只小容量電容代替，

16、為了保護IGBT，電容到IGBT的供電回路最好是串聯(lián)白熾燈泡(也就是接個假負載)，通電后如果顯示正常，可以啟動變頻器，再測量6個觸發(fā)脈沖，如果信號正常，可以去掉電容與IGBT之間的燈泡，裝上大電容進行空載運行，正常后再接負載運行，經(jīng)調(diào)試機器后一般恢復正常12:02|添加評論|閱讀評論(1)|發(fā)送消息|引用通告(0)|寫入博客|圖書評論自控天空變頻調(diào)速的基本原理（一）1電機調(diào)速的類型通常，家用電器用得最多的是單相異步電動機，靠電容或電阻來分相。電機在工作時常處于短時重復狀態(tài)（開停），如空調(diào)、冰箱等。這樣勢必帶來起動頻繁、噪聲大、電機壽命短、溫度穩(wěn)定性差以及能耗高等一系列弊端。變頻調(diào)速技術的應用不

17、但給這些家電產(chǎn)品帶來功能的增加、性能的改善，而且具有明顯的節(jié)能效果和降噪效果，同時使整機壽命較傳統(tǒng)家電有明顯提高。異步電機調(diào)速有許多方法，如變極調(diào)速、變轉差率調(diào)速和變頻調(diào)速等。前兩種轉差損耗大，效率低，對電機特性來說都有一定的局限性。變頻調(diào)速是通過改變定子電源的頻率來改變同步頻率實現(xiàn)電機調(diào)速的。在調(diào)速的整個過程中，從高速到低速可以保持有限的轉差率，因而具有高效、調(diào)速范圍寬（10100）和精度高等性能，節(jié)電效果可達到2030。a變頻調(diào)速有兩種方法：一是交一直一交變頻，適用于高速小容量電機；二是交一交變頻。適用于低速大容量拖動系統(tǒng)。變頻空調(diào)器按照其室內(nèi)風扇電機、室外風機及壓縮機的類型，可分為3A和

18、3D變頻空調(diào)器。對于室內(nèi)、室外風機和變頻壓縮機均為交流（AC）形式的變頻空調(diào)器，一般稱之為3A變頻空調(diào)器；而對于室內(nèi)、室外風機和變頻壓縮機均為三相直流無刷電機（DCBLM）形式的變頻空調(diào)器，一般稱之為3D變頻空調(diào)器。后者價位遠高于前者，僅物料成本就高于同功率的3A變頻空調(diào)器近300元，而且開發(fā)難度較大，空調(diào)系統(tǒng)和控制器的配合復雜度較高。2變頻調(diào)速的原理異步電機的轉速n可以表示為公式中，n2為同步轉速，An1為轉差損失的轉速，p為磁極對數(shù)，s為轉差率，f為電源的頻率?？梢?，改變電源頻率就可以改變同步轉速和電機轉速。頻率的下降會導致磁通的增加，造成磁路飽和，勵磁電流增加，功率因數(shù)下降，鐵心和線圈過

19、熱。顯然這是不允許的。為此，要在降頻的同時還要降壓。這就要求頻率與電壓協(xié)調(diào)控制。此外，在許多場合，為了保持在調(diào)速時，電動機產(chǎn)生最大轉矩不變，亦需要維持磁通不變，這亦由頻率和電壓協(xié)調(diào)控制來實現(xiàn)，故稱為可變頻率可變電壓調(diào)速（VVVF）,簡稱變頻調(diào)速實現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置稱為變頻器。變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū)動電路、保護電路以及控制器（MCUDSP）等部分組成。首先將單相或三相交流電源通過整流器并經(jīng)電容濾波后，形成幅值基本固定的直流電壓加在逆變器上，利用逆變器功率元件的通斷控制，使逆變器輸出端獲得一定形狀的矩形脈沖波形。在這里，通過改變矩形脈沖的寬度控制其電壓幅值；通過改變調(diào)制周期控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時進行輸出電壓和頻率的控制，而滿足變頻調(diào)速對U/f協(xié)調(diào)控制的要求。PWM的優(yōu)點是能消除或抑制低次諧波，使負載電機在近似正弦波的交變電壓下運行，轉矩脈沖小，調(diào)速范圍寬。3變頻技術的發(fā)展方向（1）交流變頻向直流變頻方向轉化直流變頻是以數(shù)字轉換電路代替