【正文】 1 變 頻 器 培 訓(xùn) 計(jì) 劃 （ 主講人 ：熊 宇） 二零一一年、九 月 湖南星奧信息技術(shù)有限公司 電話(huà) : 0731— 88421995 88421996 15874910703 傳真： 073188421995 地址：長(zhǎng)沙市芙蓉 區(qū)隆平高科技園金丹大廈 18 樓 2 培訓(xùn)內(nèi)容 一、 變頻器的 結(jié)構(gòu)與 基本原理 （第一講） 二、 變頻器的 安裝 、 調(diào)試 （第二講） 三、 變頻器的常見(jiàn)故障及處理方法 （第三講） 四、 PLC、 變頻器的 綜合 運(yùn)用 （礦井排水泵房自動(dòng)化監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)） （第四講） 3 第一講 變頻器的基本原理 傳統(tǒng)的啟動(dòng)方法： 星 三角啟動(dòng)。 定子繞組串電阻。 自藕變壓器啟動(dòng)。 延邊三角形啟動(dòng)。 一、 三相交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理 變頻器是將頻率固定（通常為工頻 50HZ）的交流電（三相的或單相的）變換成頻率連續(xù)可調(diào)（多數(shù)為 0400HZ）的三相交流電源。 它們的轉(zhuǎn)速 N 表達(dá)公式為： N=60F(1S)/P 式中： F頻率；P磁 極對(duì)數(shù) ； S轉(zhuǎn)差率 。 由轉(zhuǎn)速公式可見(jiàn)，只要 改變?nèi)嘟涣?電源的頻率 F，就可以改變 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 N。 改變轉(zhuǎn)速的三種方式： 改變電源頻率 F 改變轉(zhuǎn)差率 S 改變磁極對(duì)數(shù) P 可見(jiàn)改變?nèi)嘟涣麟娫吹念l率， 比改變 磁 極對(duì)數(shù) P 和轉(zhuǎn)差率 S兩個(gè)參數(shù)簡(jiǎn)單得多。 注意：變頻器在改變頻率的同時(shí)也改變了電壓的大小 。 變頻器節(jié)電率的計(jì)算公式： 【 1（運(yùn)行頻 率 /50HZ）的立方】 X100% 4 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式： N=UaIaRa/Ke￠ 調(diào)速方式：改變電樞電壓 目前調(diào)速多采用：直流調(diào)速器，比如：歐陸 590+ 普通電機(jī)與變頻電機(jī)的區(qū)別 變頻電機(jī)比普通電機(jī)要多一個(gè)獨(dú)立的風(fēng)機(jī)。不然變頻電機(jī)在低速時(shí)散熱不行。當(dāng)然變頻電機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)和普通電機(jī)也不一樣。 1）、采用原有機(jī)座號(hào)和各種標(biāo)準(zhǔn)尺寸。這就為選擇和應(yīng)用提供了方便。在選擇變頻專(zhuān)用電機(jī)時(shí)可以按照普通異步電動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)尺寸選擇。 （ 2）、采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，在電動(dòng)機(jī)的端部配有專(zhuān)用的風(fēng)桶，裝有風(fēng)機(jī)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷。因?yàn)樽冾l調(diào)速在低速時(shí)會(huì)出現(xiàn)散熱不良的問(wèn)題。 （ 3）、磁路或材料適當(dāng)改進(jìn)對(duì)高次諧波抑制效果更好一些，在低速時(shí)保證有足夠的轉(zhuǎn)矩輸出。 （ 4）、增加絕緣等級(jí)，由 E 級(jí)改為 F 級(jí)。 5 三相變頻電機(jī) 變頻器和軟啟動(dòng)的區(qū)別 變頻器是通過(guò)調(diào)節(jié)頻率來(lái)控制用電設(shè)備 的，可以改變頻率調(diào)速和啟動(dòng)，比如工業(yè)上用的變頻泵。軟啟動(dòng) 的 基本 原理 是通過(guò)改變串接在電路中的電阻，讓電流由小到大，這樣的方式用來(lái)啟動(dòng)大功率的 6 電機(jī)，用來(lái)減少大功率電機(jī)直接啟動(dòng)給電網(wǎng)造成波動(dòng)，或者造成一些不重要的負(fù)荷卸載的麻煩。 軟起動(dòng)器是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車(chē)、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，國(guó)外稱(chēng)為 Soft Starter。它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路。 運(yùn)用不同的方法，控制三相反并聯(lián)閘管的導(dǎo) 通角，使被控電機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實(shí)現(xiàn)不同的功能。 軟起動(dòng)器和變頻器是兩種完全不同用途的產(chǎn)品。變頻器是用于需要調(diào)速的地方，其輸出不但改變電壓而且同時(shí)改變頻率；軟起動(dòng)器實(shí)際上是個(gè)調(diào)壓器，用于電機(jī)起動(dòng)時(shí)，輸出只改變電壓并沒(méi)有改變頻率。變頻器具備所有軟起動(dòng)器功能，但它的價(jià)格比軟起動(dòng)器貴得多，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜得多。 7 變頻器 8 軟啟動(dòng)器 二、 變頻器的基本組成 變頻器主要是由主電路 （ 主回路主要由整流電路、限流電路、濾波電路、制動(dòng)電路、 逆變電路和檢測(cè)取樣電路 ） 部分組成 控制電路組成。主電路是給 三相 異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)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(lèi) :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 9 交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構(gòu)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(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的 “平波回路 ”，以及將直流功率變換為交流功率的 “逆變器 ”。 （ 1）整流 電路 ： 目前 使用 最廣泛 的是 整流 二極管 （不可控） ，如三菱、富士等等。 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(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。 整流模塊的耐壓值： 1200V （ 2）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(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波回路。 （ 3）逆變 電路 ：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(shí)間使 6 個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到 3 相交流輸出。 目前使用最廣 泛的是絕緣柵雙極型 IGBT（全控型）如：西門(mén)子、英威靈、西門(mén)康、富士、三菱等等。 IGBT 模塊的耐壓值： 1200V 控制電路是給 三相 異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的 “運(yùn)算電路 ”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路 ”，電動(dòng)機(jī)的 “速度檢測(cè)電路 ”，將運(yùn)算電路的控 10 制信號(hào)進(jìn)行放大的 “驅(qū)動(dòng)電路 ”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的 “保護(hù)電路 ”組成。 （ 1）運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。 （ 2）電壓、電流檢測(cè)電路： 與主回路電位隔離檢測(cè)電壓、電流等。 （ 3）驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。 （ 4）速度檢測(cè)電路 :以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測(cè)器（ tg、plg 等）的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。 （ 5）保護(hù)電路 :檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過(guò)載或過(guò)電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。 11 三、 變頻器的主要結(jié)構(gòu) 整流電路 由 6個(gè)不可控的整流二極管 （ VD1VD6） 組成 三 相整流橋，將三相交流電全波整流成直流電 。如圖 1所示，它把工頻電源（ 380V 50HZ）變換為直流電源，三相全波整流后平均 直流電壓 UD大小是：UD==513V。 平波回路 主要功能 :濾平全波整流后的電壓紋波 . 當(dāng)負(fù)載變化時(shí) ,使直流電壓保持平穩(wěn) . 在整流器整流后的直流電壓中，含有電源 6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波回路。 逆變電路 由 6個(gè)全控型器件 IGBT(V1V6)組成。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(shí)間使 6個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到 3相交流輸出。 12 制動(dòng)回路 三相異步電動(dòng)機(jī)在再生制動(dòng)區(qū)域使用時(shí)，再生能量存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。一般說(shuō)來(lái)，由機(jī)械系統(tǒng)（含電動(dòng)機(jī)）慣量積累的能量比電容能儲(chǔ)存的能量大，需要快速制動(dòng)時(shí)，可用可逆變流器向電源反饋或設(shè)置制動(dòng)回路（開(kāi)關(guān)和電阻）把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓上升。 三相 異步電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行 根據(jù)負(fù)載種類(lèi)，所需要的異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn) 矩方向是不同的，必須根據(jù)負(fù)載構(gòu)成適當(dāng)?shù)闹麟娐穲D。在Ⅰ、Ⅲ象限異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向一致，為電動(dòng)狀態(tài) 。Ⅰ象限是正轉(zhuǎn)的電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，Ⅲ象限是反轉(zhuǎn)的電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。在Ⅱ，Ⅳ象限 轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，為再生狀態(tài)。Ⅱ象限為正轉(zhuǎn)的再生運(yùn)轉(zhuǎn)，Ⅳ象限為反轉(zhuǎn)的再生運(yùn)轉(zhuǎn)。電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，則只需由電源向異步電動(dòng)機(jī)供給功率，可使用不可逆變流器。對(duì)于減速時(shí)需要制動(dòng)力的負(fù)載，功率就必須從異步電動(dòng)機(jī)向逆變器流傳，可附加制動(dòng)回路以便能在Ⅱ，Ⅳ象限使用。另外，對(duì)于需要急加減速并且加減速頻繁的場(chǎng)所（例如電梯），或者對(duì)于制動(dòng)為主要目的的場(chǎng)合，可以采 用可逆變流器，實(shí)現(xiàn)Ⅰ Ⅳ的象限運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)，能量向電源反饋而節(jié)能。 四、 變頻器的一般分類(lèi)