【文章內(nèi)容簡介】 領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。 變頻調(diào)速的發(fā)展和特點上世紀(jì)50年代末，由于晶閘管（SCR）的研究成功，電力電子器件開始運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)，可控整流直流調(diào)速便成了調(diào)速系統(tǒng)中的主力軍。但由于直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價比交流電機(jī)高，直流電動機(jī)在運(yùn)行中，炭刷接觸產(chǎn)生炭粉而易引起環(huán)火，須經(jīng)常維護(hù)，而且直流調(diào)速系統(tǒng)線路復(fù)雜，維修十分不便。因而便促進(jìn)了世界各國對交流調(diào)速技術(shù)的開發(fā)和研制。 20世紀(jì)80年代中期，隨著第三代電力電子器件，如門極可關(guān)斷晶閘管(GTO）、大功率晶體管（GTR）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等全控型電力電子器件的研制成功，以及電力電子器件從電流驅(qū)動型到電壓驅(qū)動型全控器件等的發(fā)展，日本等國已先后研制開發(fā)出了功率等級不同的把控制、驅(qū)動、檢測、保護(hù)及功率輸出集于一體的變頻調(diào)速產(chǎn)品。從而使交流變頻調(diào)速的關(guān)鍵裝置——逆變器性能優(yōu)良，主電路簡單，驅(qū)動方便，工作可靠。同時隨著控制理論、微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，并以其優(yōu)越的調(diào)速性能和良好的節(jié)能效果逐漸取代了直流調(diào)速系統(tǒng)和其他的調(diào)速方式，如變極調(diào)速、串級調(diào)速、滑差電機(jī)調(diào)速、整流子電機(jī)調(diào)速等。 隨著全球能源短缺趨勢的加劇以及交流變頻技術(shù)及變頻器產(chǎn)品的性能和功能日趨完善，使其越來越廣泛地應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域中。據(jù)有關(guān)資料介紹，1994年日本生產(chǎn)100kW以下的中小功率變頻器已達(dá)100萬臺。除日本外，歐美等發(fā)達(dá)國家目前已形成了較完整的變頻器技術(shù)產(chǎn)業(yè)體系。變頻器采用正弦波脈沖寬度調(diào)制，內(nèi)部采用微處理器實現(xiàn)全數(shù)字化控制。可選擇采用按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制技術(shù)，即使不安裝測速發(fā)電機(jī)或編碼器也能得到很寬的調(diào)速范圍、平滑的調(diào)速特性及快速的動態(tài)響應(yīng)。主電路采用不可控整流簡化了結(jié)構(gòu)，使電網(wǎng)功率因素的大小與逆變器輸出電壓的大小無關(guān)且接近于1。中間環(huán)節(jié)采用電容器實現(xiàn)電壓耦合。逆變器功率器件采用IGBT可提高載波頻率，使輸出波形更接近正弦波。為了提高制動性能可選加制動單元，當(dāng)變頻器處于制動狀態(tài)時，吸收由電機(jī)回饋主電路直流環(huán)節(jié)的能量。變頻器控制部分主要由電源板、控制板、操作面板構(gòu)成。編碼器和現(xiàn)場總線接口可根據(jù)需要選用，可用PC機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。 變頻調(diào)速原理 變頻器是利用電力半導(dǎo)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。 它的主電路都采用交—直—交電路。（1）JP6CT9/J9 系列低壓通用變頻器工作電壓為：380～690V，～800kW，工作頻率為0～400Hz；（2）JP6CYZ 系列中壓通用變頻器工作電壓為：1140～2300V，功率為37～1000kW，工作頻率為0～400Hz；（3）JCS 系列高壓變頻器工作電壓為：3KV / 6KV / 10KV，功率為280～20000kW，工作頻率為 0～60Hz； 從理論上我們可知，電機(jī)的轉(zhuǎn)速N 與供電頻率f . （）式中： p——電機(jī)極數(shù) S——轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)速n 與頻率f 成正比，如果不改變電動機(jī)的極數(shù)，只要改變頻率f 即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f 在0～50Hz 的范圍內(nèi)變化時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機(jī)電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。 變頻器的運(yùn)行功能 工作頻率的給定 給定頻率與給定信號對應(yīng)的頻率。給定信號不變，給定頻率也不變。頻率的給定方法:(1) 面板給定利用面板上鍵盤的數(shù)字增加鍵和數(shù)字減小鍵來進(jìn)行頻率的數(shù)字量的給定和調(diào)整。(2) 預(yù)置頻率通過程序預(yù)置的方法預(yù)置給定頻率。起動時，按運(yùn)行鍵(RU N或 F WD或REV鍵)，變頻器即自行升速至預(yù)置的給定頻率為止(3) 外接給定從控制接線端上，引入外部的電壓或電流信號，進(jìn)行頻率給定 。這種方法常用于遠(yuǎn)程控制。 與工作頻率有關(guān)的功能（1）基本頻率和最高頻率1)基木頻率fb 當(dāng)變頻器的輸出電壓等于額定電壓時的最小輸出頻率，稱為基本頻率。通常以電動機(jī)的額定頻率fn作為fb的設(shè)定值。2)最高頻率fmax 當(dāng)頻率給定信號為最大值時，變頻器的給定頻率。這是變頻器最高工作頻率的設(shè)定值，將根據(jù)工作需要進(jìn)行設(shè)定。（2） 上限頻率和下限頻率 根據(jù)拖動系統(tǒng)的工作需要，變頻器可設(shè)定上限工作頻率和下限工作頻率。（3） 點動頻率 生產(chǎn)機(jī)械在調(diào)試過程中，以及每次新的加工過程開始前，常常需要“點一點、動一動”，以便調(diào)整各部位的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。如果每次在點動前后，都要進(jìn)行頻率調(diào)整的話，既比較麻煩，又浪費(fèi)時間。因此，變頻器可以根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的特點和要求，預(yù)先一次性地設(shè)定一個“點動頻率”，每次點動時，都在該頻率下運(yùn)行，而不必變動已經(jīng)設(shè)定好了的給定頻率。、顯示和預(yù)置 變頻器自身保護(hù)及維護(hù)（1） 過電流保護(hù)功能變頻器中， 過電流保護(hù)的對象主要指帶有突變性質(zhì)的、電流的峰值超過了變頻器的容許值的情形。由于逆變器件的過載能力較差，所以變頻器的過電流保護(hù)是至關(guān)重要的一環(huán)，迄今為止，已發(fā)展得十分完善。過電流的原因1) 工作中過電流即拖動系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)過電流。其原因大致來自以下幾個方面:a 電動機(jī)遇到?jīng)_擊負(fù)載，或傳動機(jī)構(gòu)出現(xiàn)“卡住”現(xiàn)象，引起電動機(jī)電流的突然增加。b 變 頻 器的輸出側(cè)短路，如輸出端到電動機(jī)之間的連接線發(fā)生相互短路，或電動機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路等。c 變頻器自身工作的不正常，如逆變橋中同一橋臂的兩個逆變器件在不斷交替導(dǎo)通的工作過程中出現(xiàn)異常。例如由于環(huán)境溫度過高，或逆變器件老化等原因，使逆變器件的參數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致在交替過程中，一個器件已經(jīng)導(dǎo)通、而另一個器件卻還未來得及關(guān)斷，引起同一橋臂的上、下兩個器件間的“直通”使直流電壓的正、負(fù)極間處于短路的狀態(tài)。2) 升速中的過電流當(dāng)負(fù)載的慣性較大，而升速時間又設(shè)定得太短時，將產(chǎn)生過電流。這是因為，升速時間太短，意味著在升速過程中，變頻器的工作頻率上升太快，電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速迅速上升，而電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速則因負(fù)載慣性較大而跟不上去，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度太快(等于轉(zhuǎn)差太大)，結(jié)果是升速電流太大。3) 降速中的過電流當(dāng)負(fù)載的慣性較大，而降速時間設(shè)定得太短時，也會引起過電流。因為，降速時間太短，同步轉(zhuǎn)速迅速下降，而電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速則因負(fù)載慣性較大，仍維持較高的轉(zhuǎn)速，這也同樣使轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度太快而產(chǎn)生過電流。.變頻器對過電流的處理在實際的拖動系統(tǒng)中，大部分負(fù)載都是經(jīng)常變動的。因此，不論是在工作過程中，還是在升、降速過程中，短時間的過電流總是難免的。所以，對變頻器過電流的處理原則是，盡量不跳閘，為此而配置了防止跳閘的自處理功能(也稱防止失速功能)。只有當(dāng)沖擊電流的峰值太大，或防止跳閘措施不能解決問題時，才迅速跳閘。過載保護(hù)功能過載保護(hù)功能主要是保護(hù)電動機(jī)的。常規(guī)的電動機(jī)控制電路中，是用具有反時限特性的熱繼電器來進(jìn)行過載保護(hù)的。在變頻器內(nèi)，由于能夠方便而準(zhǔn)確地檢測電流，并可通過精密的計算來實現(xiàn)反時限的保護(hù)特性，大大提高了保護(hù)的可靠性和準(zhǔn)確性。由于它能實現(xiàn)和熱繼電器類似的保護(hù)功能，故稱為電子熱保護(hù)器或電子熱繼電器。（2） 電壓保護(hù)功能1）過電壓保護(hù)產(chǎn)生過電壓的原因a 電源過電壓。b 降速時因反饋能量來不及釋放而形成的再生過電壓。c 在SPWM調(diào)制方式中，電路是以系列脈沖的方式進(jìn)行工作的。由于電路中存在著繞組電感和線路分布電感，所以在每一個脈沖的卜升和下降過程中，可能產(chǎn)生峰值很大的脈沖電壓。這個脈沖電壓將疊加到直流電壓上去，形成具有破壞作用的脈沖高壓。2）過電壓的保護(hù)措施a 電源過電壓對于電源電壓的上限，一般規(guī)定不能超過額定電壓的10%,當(dāng)電源線電壓為380V時，將直接反應(yīng)在整流后的直流電壓上。同時，再生過電壓也直接反映在直流電壓上，所以，進(jìn)行電壓保護(hù)的“取樣電壓”總是從主回路的直流電路中取出。b 再生制動時的防止跳閘功能和升速過程中過電流時的防止跳閘功能一樣，在降速過程中出現(xiàn)的過電壓，也可以采取暫緩降速的方法來防止它跳閘。c 脈沖過電壓的保護(hù)對于由線路電感引起的脈沖過電壓，采取常規(guī)的“檢測一判斷一保護(hù)”的方式是來不及保護(hù)的，通常采用吸收的方法來解決。常見的吸收裝置有壓敏電阻吸收和阻容吸收電路等。3）欠電壓保護(hù)產(chǎn)生欠電壓的原因a 電源方面b 電源電壓過低。c 電源缺相。4）電路方面a 整流器件損壞，如果六個整流二極管中有部分因損壞而斷路，則整流后的電壓將下降。b 限流電阻未“切出”電路。該電阻是在電源剛合閘時，用以限制濾波電容的充電電流 的。如果由于某種原因，電阻在電源剛合閘后不能及時切出，負(fù)載電流將得不到及時的補(bǔ)充，導(dǎo)致直流電壓的下降。5）關(guān)于欠電壓保護(hù) 對于電源方面引起的欠電壓，變頻器設(shè)定的動作電壓一般都較低，顯得不夠嚴(yán)格。這是因為:a 欠電壓的后果之一，是電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩下降，而新系列的變頻器都有各種補(bǔ)償功能，使電動機(jī)能夠繼續(xù)運(yùn)行。b 欠電壓的另一個后果是電動機(jī)的電流增大，而變頻器又具有完善的過載保護(hù)功能。對于整流器件和晶閘管的損壞，應(yīng)注意檢查，及時更換。（3） 瞬時停電的處理1) 突然停電對變頻器的影響和對策逆變器件的特點和工作禁區(qū)逆變器件的特點是，擊穿電壓很高，最大允許電流也很大，但允許功耗卻很小。所以它只能工作在開關(guān)狀態(tài)，而絕對不允許工作在放大狀態(tài)。一旦工作在放大狀態(tài)，逆變管將迅速損壞。所以，逆變器件在工作過程中，絕不允許在放大區(qū)停留。變頻器內(nèi)直流電源的類型及突然停電后的狀態(tài)變頻器內(nèi)的直流電源大致有三種類型a 主回路的直流電源當(dāng)突然停電后，如逆變管繼續(xù)工作，其電壓的下降是較快的，但要將到零，也需要若干秒。b 控制電路的直流電源控制電路對電源電壓的穩(wěn)定度要求很高，因此，電路中的儲能元件的容量往往很大。停電后，一般可繼續(xù)工作達(dá)數(shù)十秒之久。c 驅(qū)動電路的直流電源主要特點是:6個逆變管中，3個和直流電源的“+”端相連，另3個和直流電源的“一”端相連，又分別屬于不同的相。所以，除與“一”極相連的3個可共用一個直流電源外，與“十”極相接的3個驅(qū)動電路的電源是各自獨立的。逆變管由截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的瞬間，要求驅(qū)動電路能提供較大的基極電流(GT R)或柵極電壓(IGBT)，以利于迅速飽和。導(dǎo)通之后，又希望適當(dāng)?shù)販p小基極電流或柵極電壓，減輕飽和程度，以利于切換時能迅速退出飽和狀態(tài)。所以，驅(qū)動電路中，電源的儲能元件的容量很小。停電時 ，如逆變管為GTR，則由于驅(qū)動電路提供的基極電流較大，其電源電壓下降得較快。如逆變管為IGBT，因驅(qū)動電路消耗的功率不大，電源電壓下降較慢。2) 突然停電的后果a 當(dāng)逆變器件是GTR時，主要矛盾是驅(qū)動電路的電源電壓及所提供的基極電流下降得較快，將可能使GTR因進(jìn)入放大狀態(tài)而迅速燒壞。b 當(dāng)逆變器件是IGBT，由于驅(qū)動電路功耗甚微，故1GBT進(jìn)入放大狀態(tài)的可能性不大，但由于變頻器的輸出電壓不斷下降，將引起電動機(jī)的過電流。3) 保護(hù)措施a 逆變器件是GTR時，一旦停電，控制電路將立即停止向驅(qū)動電路輸出信號，使驅(qū)動電路和GTR全部停止工作。電動機(jī)將處于自由制動狀態(tài)。b 逆變器件是GBT時，在停電后，將允許變頻器繼續(xù)工作一個時間T。當(dāng)停電時間超過T時，控制電路立即停止輸出信號，使電動機(jī)處于自由制動狀態(tài)（1）運(yùn)行數(shù)據(jù)的顯示變頻器在運(yùn)行過程中，可以自行測量各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，如頻率(可轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速或線速度)、電流、電壓、功率、負(fù)荷率等，并在顯示屏上顯示其測量結(jié)