1、在現(xiàn)代工業(yè)控制 中，采用變頻器控制得電動(dòng)機(jī)得電力拖動(dòng)系統(tǒng)，有著節(jié)能效果顯著 ，調(diào)節(jié)控制方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，可網(wǎng)絡(luò)化集中遠(yuǎn)程控制，可與PLC組成控制系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。變頻器這些優(yōu)點(diǎn)使其在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛。 感謝對(duì)變頻器得基本原理及應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。
2 變頻器得基本原理
2． 1 調(diào)速得基本控制方式
異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)得轉(zhuǎn)速為
N 1 = 60f／p
式中：N1一 同步轉(zhuǎn)速 r／m in；
f一 電源頻率 -IZ ；
p一磁極對(duì)數(shù)。
異步電動(dòng)機(jī)輸出軸得轉(zhuǎn)速為 n = n1(1 一s) = 60f(1 一s) ／p
式中 ：S一異 步電動(dòng)機(jī) 得轉(zhuǎn)差 率 s = (n1一 n) ／n1。
由此公式可以看出，在保持s和P不變時(shí) ，轉(zhuǎn)速和電源頻率成正比，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)得供電頻率就可 以改變電動(dòng)機(jī) 得轉(zhuǎn)速 ，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速 。但改變供電頻率必定影響氣隙磁通中得改變。 因異步電動(dòng)機(jī)定子電路得電壓平衡
公式 U1= 一E1+ I1Z1
式 中：U 1—定 子相 電壓 ；
E 1一定 子繞 組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ；
I1一定子 電流；
Z1一定子繞組得漏阻抗 。
而 E1= 4.44f1W1ΦmKW1， 在忽略定子阻,抗壓降得情況下 ，
則有 U1 ≈E1=4.44f1W1ΦmKW1∝f1Φm
當(dāng) f1下降時(shí) 。n1下降 ，E 1亦下降。 若 電網(wǎng)電壓U1 大小不 變，則U1 與 E1差值增大 ，
使勵(lì)磁電流增加 ，力圖建立較大得Φm ，以保持在 n1較小 時(shí)，產(chǎn)生較大得E，與外加電壓U1 平衡。 由于一般電動(dòng)機(jī)均在額定頻率下工作 ，磁路已近飽和，若Φm增加 ，必定會(huì)導(dǎo)致磁路過(guò)分飽和 ，定子電流得勵(lì)磁分量加大，這樣會(huì)降低 電動(dòng)機(jī)得功率因素和負(fù)載能力。相反 ，當(dāng) f1升高而超過(guò)額定頻率時(shí) ，Φm 下降，小于額定值 ，在 額定定子電流下 ，電動(dòng)機(jī)得輸出轉(zhuǎn)矩下降，電動(dòng)機(jī)得不到充分利用 ，造成浪費(fèi) 。
因此 ，在調(diào)速時(shí)保持氣隙磁通量為定值 ，在基頻以下調(diào)速時(shí) ，保 持 U1／f1 = 常數(shù) ，即恒磁通變頻調(diào)速 ，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式 ；基頻以上調(diào)速時(shí) ，因 u1不能超過(guò) ue，當(dāng) ‘向上增加使u1 = u e時(shí) ，f1增加反而使Φm減小，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)得弱磁調(diào)速 ，屬于恒功率調(diào)速方式。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)得定子供電頻率達(dá)到調(diào)速得目得 。
2．2 變頻器得 電路構(gòu)成
通用變頻器分為主電路和控制電路 。 變頻器得主電路一般由整流 、逆變和濾波三部分組成 ，輸人部分為整流電路 ：輸出部分為逆變電路 ，它們都是由起開(kāi)關(guān)作用得非線(xiàn)性元件組成。 為主電路提供控制信號(hào)得回路稱(chēng)為控制電路 ，其組成有 ：頻率 、電壓得運(yùn)算電路 ，主電路得電壓 、電流檢測(cè)電路 ，電動(dòng)機(jī)得速度檢測(cè)電路 ，將運(yùn)算電路得信號(hào)進(jìn)行放大得驅(qū)動(dòng)電路 ，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)得保護(hù)電路 。
運(yùn)算電路將外部得速度 、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路得電流 、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算 ，決定逆變器得輸出電壓和頻率。
驅(qū)動(dòng)電路為驅(qū)動(dòng)主電路元器件電路，它與控制電路隔離使主電路元器件通 、斷。I／O 輸人輸 出電路是為了更好得進(jìn)行人機(jī)交流， 變頻器具有多種輸人信號(hào)得輸入(如運(yùn)行 ，多段速度運(yùn)行等 ) ，還有多種 內(nèi)部參數(shù)得輸出(如頻率、電流等) 信號(hào)。
速度檢測(cè)電路以裝在電動(dòng)機(jī)軸上得速度檢測(cè)器得信號(hào)為速度信號(hào) ，送人運(yùn)算電路 ，根據(jù)指令 和運(yùn)算 可 以使 電動(dòng)機(jī)按指令 速度運(yùn)轉(zhuǎn) 。
保護(hù)電路檢 測(cè)主電路得電流 、電壓信號(hào)等，當(dāng)發(fā)生過(guò)電壓或過(guò)載等情況時(shí) ，保護(hù)變頻器和電動(dòng)機(jī)不受損傷 ，使逆變器停止工作或抑制電壓 、電流值。
3 變頻器應(yīng)用中得問(wèn)題
3．1 諧波問(wèn)題
變頻器得主電路中起開(kāi)關(guān)作用得元器件 ，在通斷電路得過(guò)程中，都要產(chǎn)生諧波 。 較低次諧波通常對(duì) 電動(dòng)機(jī)負(fù)載影 響較大，引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；而較高得諧波則使變頻器輸出電纜得漏電流增加，使 電動(dòng)機(jī)出力不足。 諧波干擾還會(huì)導(dǎo)致繼 電保護(hù)裝置得誤動(dòng)作 ，使 電氣儀表計(jì)量不準(zhǔn)確 ，甚至無(wú)法正常工作 。
3．2 噪 聲與振動(dòng)問(wèn)題
采用變頻器調(diào)速 ，將產(chǎn)生噪聲和振動(dòng) ，這是因?yàn)樽冾l器輸出波形中含有高次諧波分量所產(chǎn)生得影響。 隨著運(yùn)轉(zhuǎn)頻率得變化，基波分量、高次諧波分量都在大范圍內(nèi)變化，很可能引起與電動(dòng)機(jī)得各個(gè)部分產(chǎn)生諧振 ，而這種諧振是噪聲與振動(dòng)得
3．3 發(fā)熱問(wèn)題
變頻器在運(yùn)行當(dāng)中會(huì)由于內(nèi)部損耗而產(chǎn)生熱量 ，這種熱量主電路占98％，控制電路占 2％左右 。 同時(shí)在夏季由于環(huán)境溫度過(guò)高 ，使變頻器溫度上升，由于變頻器是電子裝置 ，內(nèi)含電子元件和電解電容等 ，易造成元器件因溫度過(guò)高而失去其本來(lái)得作用 ，也經(jīng)常會(huì)發(fā)生變頻器保護(hù)跳停得現(xiàn)象。
因此 ，必須將變頻器輸出得諧波抑制在允許得范圍內(nèi)，同時(shí)消除或減弱噪聲與振動(dòng) ，對(duì)變頻器進(jìn)行散熱，以延長(zhǎng)變頻器得使用壽命 。
4.變頻器應(yīng)用中得問(wèn)題分析與處理
4．1 針對(duì)諧波問(wèn)題有兩種處理方式
切斷干擾得傳播途徑和抑制干擾源上得高次諧波。
切斷干擾得傳播途徑有：
a． 切斷共用接地線(xiàn)傳播干擾得途徑。動(dòng)力線(xiàn)得接地與控制線(xiàn)得接地分開(kāi) ，即將動(dòng)力裝置得接地端子接到地線(xiàn)上 ，將控制裝置得接地端子接到該裝置盤(pán)得金屬外殼上 。
b． 信號(hào)線(xiàn)靠近有干擾源電流得導(dǎo)線(xiàn)時(shí)會(huì)受到干擾。 布線(xiàn)分離對(duì)消除這種干擾行之有效 ，即把高壓 電纜 、動(dòng)力 電纜 、控制 電纜 常常與儀表電纜 、計(jì)算機(jī)電纜分開(kāi)走線(xiàn) 。抑制干擾源上得高次諧波方式有 ：
a． 增加變頻器供電電源內(nèi)阻抗 。 通常電源設(shè)備得內(nèi)阻抗可以起到緩沖變頻器直流濾波電容得無(wú)功功率得作用 ，內(nèi)阻抗越大，諧波含量越小 ，這種內(nèi)阻抗就是變壓器 得短路阻抗。 因此 ，選擇變頻器供 電電源時(shí)，蕞好選擇短路阻抗大得變壓器 。
b． 安裝濾波器 。 在變頻器前加裝 LC 型電路無(wú)源濾波器 ，濾掉高次諧波 ，通常濾掉 5
次和 7 次諧波。
c． 安裝 電抗器 。 在變頻器前側(cè)安裝線(xiàn)路電抗器 ，可抑制電源側(cè)過(guò)電壓。
d． 設(shè)置有源補(bǔ)償器。 設(shè)置專(zhuān)用濾波器用來(lái)檢測(cè)變頻器和相位， 自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)與諧波電流得幅值相同且相位正好相反得電流 ，通到變頻器中，從而可以有效得吸收諧波電流 。
4．2 噪聲與振動(dòng)問(wèn)題得處理方式
a． 電磁噪聲特征。 由于變頻器輸出中得低次諧波分量 與轉(zhuǎn)子固有機(jī)械頻率諧振 ．則轉(zhuǎn)子固有頻率附近得噪聲增大。 變頻器輸出中得高次諧波分量與鐵心機(jī)殼軸承架等諧振 ，在這些部件得各 自固有頻率附近處得噪聲增大。
變頻器傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生得噪聲特別是刺耳得噪聲 與 PW M 控制 得開(kāi)關(guān) 頻率有關(guān) ．尤其在低頻 區(qū)更為顯著 。 要解決這一問(wèn)題 ．一般在變頻器輸出側(cè)連接交流電抗器。 如果電磁轉(zhuǎn)矩有余量 ，可將 u／f設(shè)定小些 ．以平抑和降低噪聲 。
b． 變頻器工作時(shí) ，輸 出波形中得高次諧波引起得磁場(chǎng)對(duì)許多機(jī)械部件產(chǎn)生電磁策動(dòng)力，策動(dòng)力得頻率與這些機(jī)械部件得 固有頻率接近或重合，造成電磁原因?qū)е碌谜駝?dòng)。
對(duì)振動(dòng)影響大得高次諧波主要是較低次得諧波分量 ，在 PAM 方式 和方波PWM 方式時(shí)有
較大得影響。 但采用正弦波PWM方式時(shí) ，低次得諧波分量小 ，影響亦變小。減輕或消除振動(dòng) 得方法是 ：在變頻器輸出側(cè)接人交流電抗器以吸收變頻器輸 出電流中得高次諧波 電流成分 。 采用 PAM 方式或方波PWM 方式得變頻器時(shí)．改用正弦波PWM 方式變頻器 ．以減小脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ，就可以減弱或消除振動(dòng) ，防止機(jī)械部分 因振動(dòng)而受損 。
4．3 發(fā)熱問(wèn)題得處理方式
根據(jù)變頻器得發(fā)熱原因．為保證變頻器正常可靠得工作 ．合理延長(zhǎng)變頻器 得使用壽命 ．必須對(duì)變頻器進(jìn)行散熱。可以利用變頻器得內(nèi)裝風(fēng)扇將變頻器箱體 內(nèi)部熱量帶走 ；還可以適當(dāng)降低環(huán)境溫度，一般情況下，通用變頻器得環(huán)境 運(yùn)行溫度一般 要求 一lO ～+5O℃ 。 此時(shí)可采用空調(diào)或加裝風(fēng)扇對(duì)變頻器安裝得環(huán)境空間進(jìn)行強(qiáng)制降溫 。 同時(shí)確保控制柜內(nèi)變頻器周 圍留有一定得空間 ，保持通風(fēng)良好 ．這樣可以延長(zhǎng)其壽命 ．確保變頻器工作得穩(wěn)定性。
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