金藍領維修技師論文

1、<p><b>　　金藍領技師論文</b></p><p>　　變頻器的工作原理、控制方式及應用</p><p>　　姓 名：　　　　　　　　　　</p><p>　　工作單位：　 濱州市安全評價中心　　 </p><p>　　申報工種：　　 維修電工　　　　 </p><p&g

2、t;<b>　　前　言：</b></p><p>　　異步電動機是電力、化工等生產企業(yè)最主要的動力設備。作為高能耗設備，其輸出功率不能隨負荷按比例變化，大部分只能通過擋板或閥門的開度來調節(jié)，而電動機消耗的能量變化不大，從而造成很大的能量損耗。變頻技術是應交流電機無級調速的需要而誕生的。近年來，隨著電力電子技術、微電子技術及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，生產工藝的改進及功率半導體器件價格的降低，變頻調

3、速越來越被工業(yè)上所采用。使用變頻器對電動機電源進行技術改造成為各企業(yè)節(jié)能降耗、提高效率的重要手段。</p><p>　　摘 要：本文介紹了變頻器的工作原理、控制方式、應用及使用過程中注意的問題。文中遵循理論和實際相結合的原則，對變頻器的工作原理和控制方式作了對比和分析，并且對變頻器的應用和使用過程中的注意事項進行了較詳細的說明。</p><p>　　關鍵詞: 變頻器；工作原理；控制方式；

4、應用；使用</p><p>　　變頻器的工作原理、控制方式及應用</p><p>　　異步電動機是電力、化工等生產企業(yè)最主要的動力設備。作為高能耗設備，其輸出功率不能隨負荷按比例變化，大部分只能通過擋板或閥門的開度來調節(jié)，而電動機消耗的能量變化不大，從而造成很大的能量損耗。變頻技術是應交流電機無級調速的需要而誕生的。近年來，隨著電力電子技術、微電子技術及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，生產工藝的改進

5、及功率半導體器件價格的降低，變頻調速越來越被工業(yè)上所采用。使用變頻器對電動機電源進行技術改造成為各企業(yè)節(jié)能降耗、提高效率的重要手段。</p><p><b>　　三相交流電網(wǎng)</b></p><p>　　3AC,400V,50HZ</p><p>　　變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應用變頻技術與微電子技術，

6、通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。通過改變電源的頻率來達到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調速的目的。變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。</p><p><b>　　1．變頻器工作原理</b></p><p><

7、b>　　1.1變頻調速原理</b></p><p>　　n＝60 f（1－s）/p （1）</p><p>　　式中　n---異步電動機的轉速；</p><p>　　f---異步電動機的頻率；</p><p>　　s---電動機轉差率；</p><p>　　p---電動機極對數(shù)。<

8、/p><p>　　由式（1）可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節(jié)范圍非常寬。變頻調速就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調節(jié)的。</p><p>　　變頻器主要采用交-直-交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流

9、環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。</p><p>　　交流低壓交直交通用變頻器系統(tǒng)框圖</p><p>　　整流器：將交流電變換成直流的電力電子裝置，其輸入電壓為正弦波，輸入電流非正弦，帶有豐富的諧波</p><p>　　逆變器：將直流電轉

10、換成交流電的電力電子裝置，其輸出電壓為非正弦波，輸出電流近似正弦. </p><p>　　單相逆變電路工作原理</p><p><b>　　三相逆變電路</b></p><p><b>　　1.2諧波抑制</b></p><p>　　變頻器使用的突出問題就是諧波干擾，當變頻器工作時，輸出電流的諧波電

11、流會對電源造成干擾。雖然各變頻器廠家對變頻器諧波的治理均采取了措施且基本達到國家標準要求，但諧波仍然是變頻器選型和使用中最需要關注的問題。</p><p>　　變頻器的輸出電壓中含有除基波以外的其他諧波。較低次諧波通常對電機負載影響較大，引起轉矩脈動，而較高的諧波又使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電機出力不足，故變頻器輸出的高低次諧波都必須抑制。</p><p><b>　　2變

12、頻器控制方式</b></p><p>　　2.1U/f=C的正弦脈寬調制（SPWM）控制方式</p><p>　　其特點是控制電路結構簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速要求，已在產業(yè)的各個領域得到廣泛應用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態(tài)轉矩

13、能力和靜態(tài)調速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變化，轉矩響應慢、電機轉矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調速。</p><p>　　2.2電壓空間矢量（SVPWM）控制方式</p><p>　　它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的，一次生成三相調制波形

14、，以內切多邊形逼近圓的方式進行控制的。經(jīng)實踐使用后又有所改進，即引入頻率補償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉矩的調節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。</p><p>　　2.3矢量控制（VC）方式</p><p>　　矢量控制變頻調速的做法是將異步電動機在三相坐標系下的定

15、子電流Ia、Ib、Ic、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉子磁場定向旋轉變換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im1、It1（Im1相當于直流電動機的勵磁電流；It1相當于與轉矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經(jīng)過相應的坐標反變換，實現(xiàn)對異步電動機的控制。其實質是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉子磁鏈，然后分

16、解定子電流而獲得轉矩和磁場兩個分量，經(jīng)坐標變換，實現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應用中，由于轉子磁鏈難以準確觀測，系統(tǒng)特性受電動機參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉變換較復雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結果。</p><p>　　2.4直接轉矩控制（DTC）方式</p><p>　　直接轉矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動

17、機的數(shù)學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩。它不需要將交流電動機等效為直流電動機，因而省去了矢量旋轉變換中的許多復雜計算；它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學模型。</p><p>　　2.5矩陣式交-交控制方式</p><p>　　VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉矩控制變頻都是交－直－交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲能電

18、容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進行四象限運行。為此，矩陣式交－交變頻應運而生。由于矩陣式交－交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統(tǒng)的功率密度大。其實質不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉矩直接作為被控制量來實現(xiàn)的。</p><p>　　3變頻器控制方式的合理選用</p><p>　　控制方式是決定變頻器

19、使用性能的關鍵所在。目前市場上低壓通用變頻器品牌很多，包括歐、美、日及國產的共約50多種。選用變頻器時不要認為檔次越高越好，而要按負載的特性，以滿足使用要求為準，以便做到量才使用、經(jīng)濟實惠。</p><p><b>　　4變頻器的應用</b></p><p>　　4.1水泵節(jié)能恒壓供水</p><p>　　4.2球團回轉窯主驅動變頻調速示意圖&

20、lt;/p><p>　　4.3變頻器使用注意事項</p><p>　　1．嚴禁將變頻器的輸出端子U、V、W連接到AC 電源上。</p><p>　　2．變頻器要正確接地，接地電阻小于10Ω。</p><p>　　3．變頻器存放兩年以上，通電時應先用調壓器逐漸升高電壓。存放半年或一年應通電運行一天。</p><p>　　

21、4．變頻器斷開電源后，待幾分鐘后方可維護操作，直流母線電壓（P+，P-）應在25V以下。</p><p>　　5. 避免變頻器安裝在產生水滴飛濺的場合。</p><p>　　6.  不準將P+、 P-、PB任何兩端短路。</p><p>　　7.  主回路端子與導線必須牢固連接。</p><p>　　8. 變頻器驅動三

22、相交流電機長期低速運轉時，建議選用變頻電機。 </p><p>　　9. 變頻器驅動電機長期超過50HZ運行時，應保證電機軸承等機械裝置在使用的速度范圍內，注意電機和設備的震動、噪音。</p><p>　　10. 變頻器驅動減速箱、齒輪等需要潤滑機械裝置，在長期低速運行時應注意潤滑效果。</p><p>　　11. 變頻器在一確定頻率工作時，如遇到負載裝置的機械共

23、振點，應設置跳躍頻率避開共振點。</p><p>　　12. 變頻器與電機之間連線過長，應加輸出電抗器。</p><p>　　13. 嚴禁在變頻器的輸入側使用接觸器等開關器件進行頻繁啟停操作。</p><p>　　14. 電機首次使用或長期放置后使用，必須對電機進行絕緣檢測。使用500V電壓型兆歐表檢測，電機絕緣電阻大于5MΩ。</p><p&g

24、t;　　15. 對電機絕緣檢測時必須將變頻器與電機連線斷開。</p><p>　　16. 在變頻器的輸出側，嚴禁連接功率因數(shù)補償器、電容、 防雷壓敏電阻。</p><p>　　17. 變頻器的輸出側嚴禁安裝接觸器、開關器件。</p><p>　　18. 變頻器在海拔1000米以上地區(qū)使用時，須降額使用。</p><p>　　19. 變頻器輸入

25、側與電源之間應安裝空氣開關和熔斷器。</p><p>　　20. 變頻器輸出側不必安裝熱繼電器。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　1．《變頻器原理及應用》 作者：王廷才 機械工業(yè)出版社 2005 </p><p>　　2．《變頻器控制技術與應用》 作者：姚錫祿 福建科