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变频器原理介绍
作者:华盛安达河北电气设备 发表时间: 浏览人气:58


       

简介:变频器是一种功率控制设备,它使用功率半导体器件将工频电源切换到另一个频率。我们现在使用的变频器主要使用AC-DC-AC模式(VVVF频率转换或矢量控制频率转换)。 首先,工频交流电通过整流器转换为直流电,然后将直流电转换为可控制的频率和电压。交流电源已提供给电动机。变频器的电路通常由四个部分组成:整流,中间直流母线,逆变器和控制。整流部分是三相桥式不可控整流器,逆变器部分是IGBT三相桥逆变器,输出是PWM波形,中间的直流环节是滤波,直流储能和缓冲无功功率。


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关键字:变频器原理



  变频器是一种电能控制设备,它利用功率半导体器件的开关效应将商用频率电源转换为另一个频率。我们现在使用的变频器主要使用AC-DC-AC模式(VVVF频率转换或矢量控制频率转换)。 首先,工频交流电通过整流器转换为直流电,然后将直流电转换为可控制的频率和电压。交流电源已提供给电动机。变频器的电路通常由四个部分组成:整流,中间直流母线,逆变器和控制。整流部分是三相桥式不可控整流器,逆变器部分是IGBT三相桥逆变器,输出是PWM波形,中间的直流环节是滤波,直流储能和缓冲无功功率。



  变频器选择:



  选择逆变器时应确定以下几点:



  1)变频目的; 恒压控制或恒流控制等



  2)变频器的负载类型; 例如叶片泵或容积泵,要特别注意负载的性能曲线。 性能曲线决定了施工方法。



  3)变频器与负载的匹配问题;



  一世。电压匹配; 变频器的额定电压与负载的额定电压匹配。



  二。 当前匹配; 对于普通的离心泵,变频器的额定电流与电动机的额定电流相匹配。对于深水泵等特殊负载,有必要参考电动机性能参数来确定逆变器电流和最大电流下的过载能力。



  第三,扭矩匹配; 当恒转矩负载或减速齿轮时,可能会发生这种情况。



  4)使用变频器驱动高速电动机时,由于高速电动机的电抗较低,因此高次谐波会增加输出电流值。因此,为高速电动机选择的逆变器具有比普通电动机更大的容量。


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  5)如果要使用长电缆来驱动变频器,则必须采取措施抑制长电缆对接地耦合电容器的影响,以避免变频器输出不足。 因此,在这种情况下,应将变频器增加一档或在输出处安装输出电抗器。



  6)对于某些特殊应用,例如高温和高海拔,会引起逆变器降额,并且逆变器的容量应增加一格。



  变频器控制原理图设计:



  1)首先确认变频器的安装环境;



  一世。工作温度。逆变器内部是大功率电子元件,容易受到工作温度的影响。 该产品一般要求0?55℃,但为确保操作安全可靠,使用时应考虑空间。 最好控制在40℃以下。在控制箱中,一般将变频器安装在控制箱的上部,并严格遵守产品手册中的安装要求。 绝对不允许在变频器底部附近安装容易加热的加热元件或组件。



  二。 环境温度。当温度过高且温度变化很大时,逆变器内部很容易发生冷凝,绝缘性能会大大降低,甚至可能发生短路事故。如有必要,必须在水箱中添加干燥剂和加热器。在水处理室中,水蒸气通常很重。 如果温度变化很大,这个问题将更加突出。



  第三,腐蚀性气体。使用环境如果腐蚀性气体的浓度非常高,它不仅会腐蚀组件,印刷电路板等的引线。它还会加速塑料设备的老化并降低绝缘性能。



  IV。 振动和冲击。当装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时,可能会导致不良的电接触。淮安热电出现了此类问题。此时,除了提高控制柜的机械强度并远离振动和冲击源外,还应使用防震橡胶垫将产生振动的组件固定在控制柜和内部电磁开关的外部。运行一段时间后,应检查和维护设备。



  V. 电磁干扰。由于整流和变频,在运行期间会在逆变器周围产生许多干扰电磁波。 这些高频电磁波将对附近的仪器造成一定的干扰。因此,机柜中的仪器和电子系统应使用金属外壳将变频器与仪器隔离。所有组件均应可靠接地。 此外,电气部件应使用屏蔽控制电缆,并且仪器与屏蔽之间的连接应接地。如果不能很好地处理电磁干扰,通常会使整个系统无法运行,从而导致控制单元故障或损坏。


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  2)变频器与电机之间的距离决定了电缆和接线方式;



  一世。变频器与电机之间的距离应尽可能短。这样可以减少电缆对地的电容并减少干扰源。



  二。 对于控制电缆,请使用屏蔽电缆。 对于电源线,请使用屏蔽线; 或者使用导管将电缆从变频器连接到电动机。



  第三,电机电缆应与其他电缆分开布放,最小距离为500mm。同时,请避免电动机电缆和其他电缆的长距离平行布线,以减少由于变频器输出电压的快速变化而引起的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉,则应尽可能以90度角交叉。即使在控制柜中,与逆变器相关的模拟信号线也必须与主电路线分开布线。



  IV。 最好将屏蔽双绞线用于与逆变器相关的模拟信号线,并且最好使用屏蔽三芯电缆(规格比普通电动机电缆大),或者遵循逆变器的用户手册。



  3)变频器控制示意图;



  一世。主电路:电抗器的作用是防止逆变器产生的高次谐波通过电源的输入电路返回电网,从而影响其他受电设备。 必须根据逆变器的容量来决定是否添加电抗器。 滤波器安装在逆变器的输出处,以减少逆变器输出的高次谐波。 当变频器和电机之间的距离较远时,应安装一个过滤器。尽管逆变器本身具有多种保护功能,但缺相保护并不是完美的。 断路器在主电路中起过载的作用,并且缺乏平等的保护。 选择机型时,可以根据变频器的容量进行选择。可以通过变频器本身的过载保护来代替热继电器。



  二。 控制回路:具有手动切换工频的功能,因此当变频失败时,可以手动切换到工频运行。 由于输出端子无法增加电压,因此固定电源频率和频率转换必须互锁。



  4)逆变器接地;



  正确的逆变器接地是提高系统稳定性和抑制噪声的重要手段。变频器接地端子的接地电阻应尽可能小。 接地导体的横截面不小于4mm,长度不大于5m。逆变器的接地应与电力设备的接地点分开,不能作为普通接地。信号线的屏蔽层连接到逆变器的接地端子,另一端悬空。变频器和控制柜之间存在电气连通。



   变频器控制柜设计:



  变频器应安装在控制柜中。 设计控制柜时请注意以下问题



  1)散热问题:变频器产生的热量是由内部损耗引起的。在逆变器各部分的损耗中,主电路占主导地位,约占98%,控制电路占2%。为了确保逆变器正常可靠运行,必须将逆变器消散。 我们通常使用风扇来散热。 逆变器的内置风扇可以带走逆变器机壳内部的热量。 如果风扇工作不正常,应立即停止逆变器运行。 大功率逆变器还需要在控制柜中增加风扇。 控制柜的风道必须合理设计。 所有进气口均应配备防尘网,以确保排出的空气顺畅。 避免在机柜中产生涡流,并防止灰尘在固定位置积聚; 根据变频器手册的通风量选择配套的风扇,并在安装风扇时注意防震问题。

        


       


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  2)电磁干扰:



  一世。由于整流和变频,在运行期间会在逆变器周围产生许多干扰电磁波。 这些高频电磁波将对附近的仪器造成一定的干扰,并会产生高次谐波。 这样的高次谐波将通过电源环路进入整个电源网络,从而影响其他仪器。如果变频器的功率占整个系统的25%以上,则需要考虑控制电源的抗干扰措施。



  二。当系统中存在高频冲击负载(例如焊接机和电镀电源)时,逆变器本身将受到干扰的保护,因此请考虑整个系统的电能质量。



  3)保护问题需要注意以下几点:



  一世。防水和防凝露:如果将逆变器放在现场,则必须注意,逆变器机柜上方没有管道法兰或其他泄漏点,并且在逆变器附近不得有溅水。 简而言之,现场机柜的防护等级必须高于IP43。



  二。 防尘:所有进气口均应配备防尘网,以防止絮状碎屑进入。 空气过滤器的设计应可拆卸,以便于清洁和维护。空气滤清器的网格根据现场的具体情况确定,应严格控制空气滤清器与控制柜的连接。



  第三,防腐气体:这种情况在化学工业中更为普遍。 此时,逆变器柜可放置在控制室中。



  变频器接线规格:



  信号线和电源线必须分开走线:使用模拟信号遥控变频器时,为减少变频器和其他设备的模拟干扰,请控制信号线和强电流电路(主回路 变频器)和时序控制电路)。距离应大于30厘米。即使在控制柜中,也应保持此类接线规范。此信号与逆变器之间的控制回路线的最大长度不得超过50m。



  信号线和电源线必须放置在不同的金属管或金属软管中:如果将PLC和变频器连接的信号线未放置在金属管中,则极易受到变频器和外部设备的干扰; 因为没有内置的电抗器,因此变频器的输入和输出电源线将对外部产生强烈干扰,因此放置信号线的金属管或金属软管必须延伸至变频器的控制端子以确保信号线与电源线完全分开。



  1)模拟量控制信号线应使用双绞屏蔽线,且线径为0。布线75平方毫米时,必须注意电缆的剥线应尽可能短(约5-7mm),剥线后的屏蔽层应用绝缘胶带包裹,以防止屏蔽线与其他电线之间的干扰。 设备。



  2)为了提高接线的简便性和可靠性,建议在信号线上使用压接端子。



  变频器运行及相关参数设置:



  变频器的设置参数很多,每个参数都有一定的选择范围。 在使用中,由于各个参数的设置不当,导致逆变器无法正常工作。



  控制方式:速度控制,转矩控制,PID控制或其他方式。采用控制方法后,通常需要根据控制精度进行静态或动态识别。 



  最小工作频率:电动机的最小速度。 当电动机低速运行时,其散热性能非常差。 如果电动机长时间低速运行,将导致电动机烧坏。在低速下,电缆中的电流会增加,这也会导致电缆发热。



  最大工作频率:普通逆变器的最大频率为60 Hz,甚至400 Hz。 高频会使电动机高速运转。 对于普通电机,电机轴承长时间不能超过额定转速运行。 电动机的转子可以承受这种离心力。



  载波频率:设置的载波频率越高,谐波分量越高。 这与电缆的长度,电机的发热,电缆的发热,逆变器的发热以及其他因素密切相关。



  电机参数:变频器在参数中设置电机功率,电流,电压,速度和最大频率。 这些参数可以直接从电机铭牌上获得。



  跳频:在某个频率点上,可能会发生谐振,尤其是当整个设备相对较高时; 在控制压缩机时,必须避免压缩机的喘振点。



  常见故障分析:



  1)过电流故障:过电流故障可分为加速,减速和恒速过电流。可能是由于变频器的加减速时间过短,负载突然变化,负载分布不均,输出短路等引起的。此时,通常可以延长加减速时间,减少负载的突然变化,增加能耗的制动元件,执行负载分配设计并检查线路。如果负载逆变器断开连接或发生过流故障,则逆变器的逆变器电路将闭合,因此需要更换逆变器。 



  2)过载故障:过载故障包括变频器过载和电机过载。这可能是由于加速时间过短,电网电压过低以及负载过大引起的。通常,您可以延长加速时间,延长制动时间,检查电网电压等。负载过重,所选的电动机和变频器无法拖动负载,或者可能是由于机械润滑不良所致。如果是前者,则必须更换大功率电机和逆变器; 如果是后者,则必须修理生产机械。



  3)欠电压:表示变频器的电源输入部分有问题,只有在检查后才能操作。



  摘要:



  1)简而言之,在设计,安装和使用逆变器时,必须遵循逆变器说明手册中的说明。



  2)在此基础上,各种电气设计人员和现场电气调试人员都可以完善该逆变器参考。


        


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