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变频器工作原理概述
作者:华盛安达河北电气设备 发表时间: 浏览人气:135


       

主电路是功率转换部分,为异步电动机提供电压和频率调节电源。 逆变器的主电路大致可分为两类:电压类型是将电压源的DC转换为AC的逆变器,DC环路的滤波器是电容器。电流类型是将电流源的DC转换为AC的变频器,而DC环路滤波器是电感。 它由三部分组成:将功率频率功率转换为直流功率的“整流器”,吸收转换器和逆变器产生的电压脉动的“扁平波电路”以及将直流功率转换为交流功率的“反向”电路。变压器”。



  1。 整流器



  通常使用大量的二极管转换器,它们将工频电源转换为直流电源。也可以使用两组晶体管转换器来形成逆变器,由于其可逆的功率方向,该逆变器可以进行再生。



  二,平滑波电路



  由整流器整流的DC电压包括6倍于电源频率的脉动电压,并且由逆变器产生的脉动电流也使DC电压波动。为了抑制电压波动,电感器和电容器用于吸收纹波电压(电流)。当设备的容量较小时,如果电源和主电路构成具有余量的设备,则可以省略电感器,并且可以使用简单的平滑波电路。



  3。 逆变器



  与整流器相反,逆变器将直流电转换为所需频率的交流电,并在确定的时间打开和关闭6个开关设备以获得三相交流输出。以电压型PWM逆变器为例,显示了开关时间和电压波形。


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  四,控制电路



  主要为异步电动机供电(电压和频率可调)的主电路提供了一个控制信号回路。 它具有一个频率和电压“运算电路”,一个主电路“电压和电流检测电路”以及一个电动机“速度检测电路”。它由一个放大运算电路的控制信号的“驱动电路”和一个 变频器和电机的“保护电路”。



  (1)操作电路:将外部速度,转矩和其他命令与检测电路的电流和电压信号进行比较,以确定逆变器的输出电压和频率。



  (2)电压电流检测电路:与主电路电位隔离,以检测电压和电流。



  (3)驱动电路:驱动主电路设备的电路。它与控制电路隔离,因此可以打开和关闭主电路设备。



  (4)速度检测电路:速度检测器的信号(tg,plg等。)安装在异步电动机轴电机上的)用作速度信号,该信号被发送到计算电路,并且电动机可以根据命令和计算以命令速度运行。



  (5)保护电路:检测主电路的电压和电流。 当发生过载或过电压等异常情况时,为了防止损坏变频器和异步电动机,请停止变频器或抑制电压和电流值。


        

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1。 提高逆变器本身的质量和可靠性。



  逆变器制造商如何根据用户的高可靠性要求制造性能稳定,运行可靠,价格合理以满足市场需求的产品,也是该产品或行业可持续发展的关键。



  具体要求如下:



  1。 逆变器的电路结构应简单可靠



  (1)最好使用真正的高到高(AC-DC-AC)直接变频主电路。



  (2)功率单位越少越好。 尽量避免将功率单元和功率电子设备串联。因为串联系统的可靠性降低(第N次方),并且串联系统的故障率增加(N倍)。尽管并行系统有利于提高可靠性,降低故障率并增加设备的平均寿命,但是电力电子设备的电流可以达到3KA--4KA的水平,因此无需并联即可使用。 当前的主要问题是电力电子设备,在进一步提高耐压水平之后,电力电子设备可以并联,这将大大提高逆变器的可靠性。



  2。 在逆变器中选择功率电子模块要承受的额定电压和电流必须有足够的余量。国外一家逆变器制造商曾经说过:“功率模块可以完全降额使用,以交换设备的可靠性。“相反,所选电源模块的参数接近计算值,没有一定的余量,有fl幸现象,其结果将导致逆变器电源模块燃烧。



  原因是双重的:



  (1)电源模块的所选耐压和额定电流过小。



  (2)购买的电源模块是否为正品?它是名牌制造商的产品吗?目前,国内的IGBT功率模块不能满足高压逆变器的要求,但从国外购买的IGBT的质量仍不能令人满意。首先,不可能购买弹药(军用产品)和一流产品(真正产品),而且它们大多数属于经过1-2个指标不合格而经过筛选的产品。其次,中国一般没有严格的动态测试设备。那些未选择的电源模块尚未通过电老化过程。不合格的电源模块已安装在整台机器上,因此有理由将其损坏甚至烧毁。



  3。 逆变器中的功率电子模块应具有足够的通风和冷却措施。保证在允许的结温下工作。 允许的结温越低,转换器设备的可靠性就越高。



  电源模块的冷却方式可以采用空冷,水冷和先进的热管技术。无论哪种方式,都需要带走由整流变压器和转换器损耗产生的热量,以保持允许的结温。



  根据设备的容量和损失,制造商提出了必要的通风量。



  注意:(1)新鲜的冷空气从变频器机柜的底部发出,并从机柜的顶部排出。不允许空气沿相反方向(从上到下)流动。



  (2)变频调速柜下部进气口应安装滤网,以防止灰尘和油雾等杂质进入变频调速柜。



  确保逆变器必要的通风(m3 / min或CFM)的目的是冷却热量并使功率模块正常工作,以免超过允许的结温。另外,一些工业和采矿场所位于沿海,河流和湖泊,或者在盐雾,潮湿和腐蚀性气体环境中。 还应采取防潮防腐蚀措施。 例如,为防止关闭几天或几周后逆变器机柜中出现湿气,绝缘层会掉落,从而影响平稳行驶,低压电加热器(电热丝加热,红外电加热或远红外电加热设备) 安装在逆变器机柜中。当逆变器停止运行时,电加热器会自动投入使用,以确保盒子已除湿干燥。



  4。 逆变器必须制作精良且连接牢固



  具体要求:



  (1)接头少,尽量避免采用插入法(容易松动,不可靠),用焊接代替端子,并尽可能少使用电位器。



  (2)使用大面积的印刷电路板。



  (3)采用结构独特,无需接线的电力电子功率模块,提高了产品的可靠性。



  (4)布局合理。例如:整流变压器和变流器之间的隔热和抗电磁干扰措施; 高压与低压之间的光电隔离和利用光缆传输。



  5, 在逆变器出厂之前,应进行严格的负载测试和48-72小时的性能评估。变频器是由大量电气组件组装而成的。除了选择符合技术要求的品牌和正品设备,以及在进行测试和筛选以去除不可靠的组件之后,还必须在出厂之前对逆变器进行带电运行测试。通常,需要进行48-72小时的连续运行测试,并且在特别可靠的情况下需要进行7天(24 * 7 = 168小时)的测试。 评估条件为:



  (1)带有负载测试(非空载或轻载)



  (2)在实际应用中具有温度和相对湿度。



  所有通过测试并发现符合技术规格并通过长期评估的逆变器都将具有很高的可靠性。



  其次,根据生产机器的负载要求和电动机的规格,选择正确的形式和容量的变频器。



  如果变频器主体的可靠性很高,而变频器的选择和容量匹配不合适,则组成的变频调速系统将无法获得很高的可靠性,甚至无法运行。 为此,我们必须:



  首先,根据负载的性质,选择正确的逆变器类型。一般原则是,什么样的变频器配备什么样的负载特性。



  (1)恒转矩生产设备-在调速范围内,负载转矩基本恒定。应选择具有恒定转矩性能的变频器。其过载能力为额定电流的150%,持续1分钟。



  (2)平方转矩生产设备-在调速范围内,负载转矩与速度的平方成正比,即M∝n2,离心风机,水泵是其典型代表。具有M∝n2特性的逆变器具有较小的过载能力,额定电流过载110%-120%,持续1分钟,



  (3)恒功率负荷生产设备-在调速范围内,低速转矩大; 高速转矩小,即M?N C(常数)。典型设备,例如机床和绕线机构。



  当然,某些变频器制造商的产品都是通用的,而不管恒定转矩和平方转矩负载如何。两种负载均可用。恒定功率负载特性是通过V / F比实现的,并且没有恒定功率性能的逆变器。



  综上所述,所选的变频器类型应适合负载转矩。具有恒定转矩特性的变频器可用于风扇和泵负载。 相反,具有恒定转矩特性的变频器不得用于具有恒定转矩特性的负载。



  其次,变频器的容量要根据电动机著名品牌的额定参数进行匹配,通常是匹配原理:PEINV≥PEmotor(kW)IEINV≥1。1-1。2IE马达(A)



  注意电流参数,因为功率电子模块的功耗为IX△U(电流和管电压降的乘积),它与逆变器的输出电压没有直接关系。逆变器的输出功率与输出电压和输出电流的乘积成正比。在实践中,经常发生输出电流已超过但输出功率未超过的情况。 结果,功率电子功率模块烧毁。因此,应主要考虑当前指标。



  变频调速的主电路结构有多种应用形式,如何选择匹配?



  (1)一对一单电机变频调速方法。



  因为变频器具有软启动(低压低频启动-升压电压增加频率增加速度),所以没有浪涌电流现象。



  因此选择IEINV≥(1。1-1。2)IE电机



  根据确定的IEINV电流值,检查产品目录以找到合适的逆变器



  (2)多电机变频调速方法(多电机共用一个大变频器)



  比如,有N台相同参数的电动机,同期起动电动机为K台,最大电流状况是当(N-K)台电机已起动完毕,处于高频高压运行之下,最后K台电机直接起动(直接起动电流很大型异步电动机5-7倍,永磁同步电动机10-14倍(设置为IQ电动机)。

        


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  选择逆变器的充分必要条件是:



  一个。 IEINVa≥(1。1-1。2)(否?IE电机]



  b。 IEINVb≥(1。1-1。2)((N-K)?IE电机+ K?智商电机]



  在IEINV和IE INV中选择大电流值,然后检查产品目录以确定变频器的规格。



  (3)共享直流电源的多变频器多电机变频调速方法(变频器和电机仍属于一对一方式)



  随着变频技术的进步,用于小型变频器的多电机解决方案(基本上类似于一对一的变频调速)和共享的直流电源解决方案(多个逆变器共享一组直流电源,一个变频器驱动) 一个马达。)



  常用直流电源电流的计算公式为:IE con≥(1。1-1。2)[IE电机1 +……+ IE motorn]或(1。1-1。2)?不行吗IE motor



  3。 逆变器应具有良好的运行环境和维护保养。



  尽管选择了高质量的变频器,并且变频器驱动系统的匹配是正确的,但如果要获得长期安全稳定的运行,则应该有一个良好的操作环境和良好的设备维护。



  (1)变频器的运行环境



  几乎所有逆变器制造商都表示,他们可以在0-40℃的温度和RH≤95%的相对湿度(无冷凝)的环境中工作。但是,为了使逆变器更良好地工作,希望将逆变器放置在空调环境中,将温度控制在25±3℃,并且相对湿度RH≤70%-75%。实践证明,置于空调环境中的逆变器的故障概率要比没有空调环境的逆变器的故障概率小得多,并且系统的可靠性大大提高。



  另外,变频器的空调最好使用独立的专用空调,避免使用车间空调或中央空调,因为中央空调和车间空间会将油,尘土和腐蚀性气体放入室内。 空气进入变频器机柜,导致变频器功率电子1。 微电子(IC集成电路)组件的损坏。



  (2)加强日常检查和定期维护。



  ①日常运行检查项目主要检查异常情况。例如异常的冷却系统,过热,变色,气味,异常的声音和异常的振动。定期复制变频器输入输出的电气参数是否正常。



  ②定期维护-变频器停止运行后,请进行断电维护。除了清洁和拧紧接线端子外,重要的维护项目(即逆变器的薄弱环节)还包括:



  一个。介电电容器是否变形以及介电液是否泄漏; 是否腐蚀印刷电路板,引起绝缘电阻下降,引起IC软故障。国外制造商规定,运行3-5年后,应用力更换介电电容器。



  b。 冷却风扇和过滤器清洁。运行2-3年后,还应用力更换冷却风扇。



  C。 印刷电路板是否被腐蚀和损坏。最好进行喷涂膜处理,这样可以抵抗腐蚀并增强绝缘性能。我公司化纤厂对安川变频器的印制板进行了清洗,干燥和喷涂处理,修复了数十台受损的变频器,并在十多台东芝变频器上推广了这种喷膜处理技术。效果-修复后没有发生类似的故障。当然,在喷涂薄膜的过程中,应特别注意保护各种连接器端口,不要让薄膜保护剂喷涂到其中,以免造成接触不良。作为一种特定方法,在喷涂薄膜之前,可以用掩蔽剂或塑料胶带覆盖连接器的开口。



  使用交流变频调速的目的:一是生产要求提高输出质量。 另一个是风扇和泵调速的节能。提高变频调速系统的可靠性非常重要。 一方面,通过提高逆变器本身的产品质量,可以很好地控制设计,组件选择,生产,安装,测试等方面的质量。 另一方面,如何匹配变频器与doGood的日常维护工作也不容忽视。

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