【正文】 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 1 變頻器 100問(wèn) 主講人：劉國(guó)強(qiáng) 常州市致遠(yuǎn)通用控制技術(shù)有限公司 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 2 變頻調(diào)速技術(shù)是怎樣發(fā)展起來(lái)的？ ? 變頻可以調(diào)速這個(gè)概念，可以說(shuō)是交流電動(dòng)機(jī)“與生俱來(lái)”的。同步電動(dòng)機(jī)不消說(shuō)，即使是異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速也是取決于同步轉(zhuǎn)速 (即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 )的 n=n1(1S)………………(1 1) 式中： n—— 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速， m/min n1—— 電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速， r/min S—— 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率 而同步轉(zhuǎn)速則主要取決于頻率 n1=60f/p………………(1 2) 式中： f—— 頻率， Hz p—— 磁極對(duì)數(shù) ? 所以說(shuō)，交流電動(dòng)機(jī)從誕生之日起，就已經(jīng)知道改變頻率可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速了。但當(dāng)時(shí)，還不具備改變頻率的手段。 ? 閘流管的問(wèn)世，使變頻調(diào)速的夢(mèng)想出現(xiàn)了能夠?qū)崿F(xiàn)的希望。但那設(shè)備的龐大與昂貴，使它無(wú)法進(jìn)入實(shí)用的階段。 ? 直到 20世紀(jì)的 60年代，隨著晶閘管的出現(xiàn)及其應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用的階段。但由于許多技術(shù)問(wèn)題解決得還不夠完善，調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)難以和直流電機(jī)相匹敵，因而未能達(dá)到推廣應(yīng)用的階段。 ? 70年代末期以來(lái)，一方面，矢量控制理論的提出和實(shí)施，使變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到了與直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)十分接近的地步；另一方面，電力電子器件的飛速發(fā)展，也使 SPWM調(diào)制技術(shù)日臻完善，變頻調(diào)速器的體積越做越小，價(jià)格也達(dá)到了用戶能夠接受的程度。變頻調(diào)速這才進(jìn)入了普及應(yīng)用的階段。 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 3 變頻調(diào)速為什么?？s寫(xiě)成 VVVF？ ? VVVF的全稱是 Variable Voltage Variable Frequency，意思是“變壓變頻”。 ? 原來(lái)，在交流異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)，外加的電源電壓主要和繞組的反電勢(shì)相平衡，而繞組的反電勢(shì)則與電流的頻率和每極下的磁通量有關(guān)： ? U≈E= W1ff=Keff ? 可見(jiàn)，磁通量的大小與電壓和頻率的比值有關(guān)： ? f≈U/Kef=Ke39。U/f ? 式中： U—— 電源相電壓 ? E1—— 每相定子繞組的反電勢(shì) ? W1—— 每相定子繞組的匝數(shù) ? f—— 每個(gè)磁極下的磁通量 ? Ke、 Ke39。—— 常數(shù) ? 式 (14)表明：當(dāng)頻率下降時(shí)，如果電壓不變，則磁通量將增加，引起電機(jī)鐵心的飽和。這當(dāng)然是不允許的。因此，為了保持電機(jī)內(nèi)的磁通量基本不變，在改變頻率的同時(shí)，也必須改變電壓。 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 4 交 — 直 — 交是什么意思？ ? 變頻裝置有兩大類：一類是由工業(yè)頻率直接轉(zhuǎn)接成可變頻率的，稱為“交 — 交變頻”。另一類就是“交 — 直 — 交變頻”，意思是：先把工業(yè)頻率的交流整流成直流，再把直流“逆變”成頻率可變的交流。 交 — 直 — 交的電路結(jié)構(gòu) 。 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 5 電壓型的主要特點(diǎn)是什么？ ? 交 — 直 — 交變頻裝置按直流部分貯能方式的不同分為： ? (1) 電壓型 ? 貯能元件為濾波電容 C，如圖 12a所示。其工作特點(diǎn)是電壓基本不變。 圖 12 電壓型和電流型 (2) 電流型 貯能元件為電抗器 l，如圖 12b所示。其工作特點(diǎn)是電流基本不變。 (a)＋C(b)L2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 6 SPWM代表什么？ ? SPWM的全稱是 Sine Pulse Width Modulation，意思是正弦脈沖寬度調(diào)制。這是實(shí)現(xiàn)改變頻率的同時(shí)也改變電壓的一種調(diào)制方式。 ? 變壓變頻的基本方式有兩種： ? (1) 在改變頻率的同時(shí)也改變幅值，稱為脈幅調(diào)制，簡(jiǎn)寫(xiě)為 PAM，如圖 13a所示。 ? (2) 在改變頻率時(shí)，脈沖的幅值不變，而通過(guò)改變脈沖的占空比來(lái)改變其平均電壓，稱為脈寬調(diào)制，簡(jiǎn)寫(xiě)為 PWM。 ? SPWM的特點(diǎn)是：脈沖序列中的脈沖寬度和脈沖間的間隔寬度是按正弦規(guī)律安排的。 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 7 SPWM代表什么？ 脈幅調(diào)制和脈寬調(diào)制 ? T/2 T/2 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 8 SPWM代表什么？ SPWM的波形變頻器的主電器 ? M U D A k 1 k 2 k 3 k 4 B C D 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 9 SPWM代表什么 ?脈幅調(diào)制和脈寬調(diào)制 U m T U39。 m T39。 t u u t (a) T T (b) 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 10 直流是怎樣 “ 逆變 ” 成交流的？ ? 如圖 15， K1~K4是開(kāi)關(guān)器件， M是負(fù)載， A、 B間通以直流電壓UD。先令 K1|K4閉合， K K3斷開(kāi)。則電流的路徑如實(shí)線空心箭頭所示， C、 D間的電壓為 C“ +” 、 D“ ” 。再令 K K4斷開(kāi)，K K3閉合，則電流的路徑如虛線實(shí)心箭頭所示， C、 D間的電壓為 C“ ” 、 D“ +” 。 ? 如使上述兩種狀態(tài)不停地交替工作，則負(fù)載 M上所得到的便是交流電壓了。 ? 用六個(gè)開(kāi)關(guān)器件，使它們按三相間互差三分之一周期的規(guī)律交替工作，就可將直流電 “ 逆變 ” 成三相交流電了 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 11 ? 常用的開(kāi)關(guān)器件有哪些？ ? 目前，在中、小型變頻調(diào)速器中用得最多的是功率晶體管，為了提高放大倍數(shù)，常做成達(dá)林頓管，如圖 17a所示，一般電路圖中仍畫(huà)成單管，如圖 17b所示，代表符號(hào)是 CTR或 BTR。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 17 功力晶體管 ? ? 容量較大的變頻調(diào)速器中則常用可關(guān)斷晶閘管，其代表符號(hào)是 GTO，圖形符號(hào)如圖 18所示。 ? 已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段的最新器件有：絕緣柵雙極晶體管，代號(hào) IGBT，圖形符號(hào)如圖 19所示。正在開(kāi)發(fā)并已經(jīng)取得成果的新品種還有不少，不再一一贅述。 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 12 常用的開(kāi)關(guān)器件有哪些？ ? 目前，在中、小型變頻調(diào)速器中用得最多的是功率晶體管，為了提高放大倍數(shù)，常做成達(dá)林頓管，一般電路圖中仍畫(huà)成單管，代表符號(hào)是 CTR或 BTR。 ? 容量較大的變頻調(diào)速器中則常用可關(guān)斷晶閘管，其代表符號(hào)是 GTO。 ? 已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段的最新器件有：絕緣柵雙極晶體管，代號(hào) IGBT，所示。正在開(kāi)發(fā)并已經(jīng)取得成果的新品種還有不少。 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 13 三相逆變?cè)? 圖 16 三相逆變電器 M 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 14 常用的開(kāi)關(guān)器件 ? (a ) (b )(b )(a )2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 15 變頻調(diào)速器的主電路是怎樣構(gòu)成的？ ? 交 — 直 — 交電壓型變頻調(diào)速器主電路的基本結(jié)構(gòu)如圖 110。圖中， DR是三相整流。 RA是限流電阻，限制變頻器剛合上電源時(shí)，對(duì)濾波電容C的充電電流。當(dāng) C充電到一定程序后，晶閘管 VT導(dǎo)通， RA將不再起限流作用。功率晶體管 V1~V6組成三相逆變橋，將直流電逆變成三相交流電后供電給電動(dòng)機(jī) M。二極管 V01~V06的作用是：在逆變過(guò)程中，當(dāng)晶體管的 e極電位高于 c集電位時(shí)提供續(xù)流回路；在電動(dòng)機(jī)降速過(guò)程中提供能量反饋 (再生 )回路。 RB是電動(dòng)機(jī)在再生制動(dòng)過(guò)程中的耗能電阻，VB在電動(dòng)機(jī)降速過(guò)程中導(dǎo)通，提供耗能回路。如 RB阻值太大，可在接線端 P和 DB之間接入外接制動(dòng)電阻。 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 16 變頻調(diào)速器的主電路圖 ? M DR R A v T DB P v 1 C + V B R B v 2 v 01 v 3 v 4 v 02 v 03 v 04 v 5 v 6 v 05 v 06 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 17 變頻調(diào)速器有哪些額定數(shù)據(jù)？ ? 變頻調(diào)速器主要的額定數(shù)據(jù)如下： ? (1) 最高輸入電壓 Umax為了適應(yīng)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，Umax通常規(guī)定為額定工作電壓的 。 ? (2) 最大輸出電流 Imax這是最重要的一個(gè)數(shù)據(jù)，也是選擇變頻器容量時(shí)的最主要依據(jù)。 ? (3) 最大輸出容量 Smax必須注意的是：說(shuō)明書(shū)中給出的容量是按最大工作電壓算出的，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)工作電壓進(jìn)行修正 。 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 18 說(shuō)明書(shū)中的 “ 配用電動(dòng)機(jī)容量 ” 能不能 作為選擇變頻器容量的依據(jù)？ ? 如電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的是連續(xù)恒定負(fù)載 (如風(fēng)機(jī) )，則可以。但對(duì)于連續(xù)變動(dòng)負(fù)載、繼續(xù)負(fù)載和短時(shí)負(fù)載來(lái)說(shuō)，則只能作參考，而不能作依據(jù)。這是因?yàn)?，在這些負(fù)載中，決定電動(dòng)機(jī)容量的主要因素是發(fā)熱問(wèn)題。只要溫升不超過(guò)允許范圍，短時(shí)間的過(guò)載 (在過(guò)載能力范圍內(nèi) )對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)是正常。例如，一臺(tái) ，在實(shí)際工作中，其輸出功率有時(shí)可達(dá) 。而變頻調(diào)速器的過(guò)載能力則十分有限。在大多數(shù)情況下，變頻器的容量應(yīng)放大一檔。 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 19 變頻器的頻率調(diào)節(jié)范圍如何？ ? 通用型變頻調(diào)速器的最高輸出頻率一般不高于400Hz；最低輸出頻率不低于 。各種變頻器的調(diào)頻范圍各不相同。 ? 我國(guó)工業(yè)用的普通電動(dòng)機(jī)，最高工作頻率不宜超過(guò) 100Hz 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 20 什么是頻率精度？ ? 通常，當(dāng)頻率為數(shù)字量設(shè)定時(shí)，精度高些 (誤差小些 )，而在頻率精度是指變頻器的實(shí)際輸出頻率與設(shè)定頻率之間的誤差大小，也叫頻率準(zhǔn)確度或頻率穩(wěn)定度。 ? 模擬設(shè)定時(shí)，精度高些 (誤差小些 )，而在模擬量設(shè)定時(shí)，精度低些 (誤差大些 )。 ? 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 21 “ 頻率分辨率 ” 的含義是什么？ ? “ 頻率分辨率”的含義是什么？ ? 頻率分辨率指的是：變頻器輸出的相鄰兩“擋”頻率之間的最小差值。 ? 例如，日本富士 FVRG7S型變頻器的數(shù)字量設(shè)定時(shí)的頻率分辨率為 。則，對(duì)于 40Hz來(lái)說(shuō)，比它高一“擋”的最小頻率為 ；而比它低一“擋”的最大頻率為 。 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 22 怎樣調(diào)節(jié)和設(shè)定變頻器的輸出頻率？ ? 主要有以下三種方式： ? (1) 旋鈕設(shè)定 通過(guò)旋動(dòng)面板上的旋鈕 (調(diào)節(jié)面板內(nèi)側(cè)的電位器 )來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)和設(shè)定。屬于模擬量設(shè)定方式。 ? (2) 按鍵設(shè)定 利用鍵盤上的 A鍵 (或△鍵 )和 V鍵(或▽鍵 )進(jìn)行調(diào)節(jié)和設(shè)定。屬于數(shù)字設(shè)定方式。 ? (3) 程序設(shè)定 在編制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作程序中進(jìn)行設(shè)定。也屬數(shù)字量設(shè)定方式。 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 23 什么是外接設(shè)定？ ? 在實(shí)際工作中，變頻器常被安置在控制柜內(nèi)或掛在墻壁上，而工作人員則通常在機(jī)械旁邊進(jìn)行操作。這時(shí)，就需要在機(jī)械旁邊另設(shè)一個(gè)設(shè)定頻率的裝置，稱為外接設(shè)定裝置。 ? 所有的變頻器都為用戶提供專用于外接設(shè)定的接線端。 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 24 變頻器對(duì)外接設(shè)定信號(hào)有些有什么規(guī)定？ ? 外接設(shè)定信號(hào)通常有三種。 ? (1) 外接電位器設(shè)定 電位器的阻值和瓦數(shù)各變頻器的說(shuō)明書(shū)中均有明確規(guī)定。 ? (2) 外接電壓信號(hào)設(shè)定 各種變頻器對(duì)外接電壓信號(hào)的范圍也各不相同，通常有： 0~+ 0~+ 0~177。 0~177。 5V等。 ? (3) 外接電流信號(hào) 所有變頻器對(duì)外接電流信號(hào)的規(guī)定是統(tǒng)一的，都是 4~20mA。 ? 為了加強(qiáng)抗干擾能力，所有的外接設(shè)定信號(hào)線都應(yīng)采用屏蔽線 2022/6/3 致遠(yuǎn)控制 25 什么是 “ 輸出頻率線 ” ？ ? ? “ 輸出頻率線”是指變頻器的輸出頻率與給定信號(hào)間的關(guān)系