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第三章常见问题---------------------------------------------------------------------x
第四章功能简单应用-----------------------------------------------------------------x
第五章简单故障处理-----------------------------------------------------------------x
第六章工程应用---------------------------------------------------------------------x
之一CONVO注塑机专用变频器在注塑机上的应用--------------------------------------x
之二CONVO变频器在恒压供水控制系统中的应用--------------------------------------x
之三convo大功率变频器在风机节能改造中的应用------------------------------------x
第一章变频器基本原理
一、通用变频器的发展概况
从变频器问世以来,通用变频器主要经历五次更新换代:
80年代初的模拟式、80年代中期的数字式、90年代初的智能型、90年代中期多功能型、现在的集中型通用变频器。
通用变频器发展的主要特点:
(1)应用范围不断扩大:
在纺织、印染、冶金、石油、化工等行业都广泛应用,在家用电器、电梯方面都有使用,随着专用变频器。
(2)功率器件不断更新换代:
80年代初主要使用巨型晶体管GTO、大功率晶体管GTR,由于GTR的工作频率一般在2KHZ以下,载波频率和最小脉宽都受到限制,难以得到较为理想的正弦脉宽调制波形,并使异步电机在变频调速时产生噪声。
后来出现的IGBT(绝缘栅双极晶体管),工作频率可在10~20KHZ之间,与GTR相比不仅工作频率提高一个数量级且在电流、电压指标(电流浪涌耐量、电压阻断峰值、门极驱动功耗等各项指标)均已超过GTR,因而在新一代的变频器中IGBT已基本上代替了GTR。
采用IGBT的低压变频器的最大容量在380V级可达540KVA,而600V级的可达700KVA,可驱动485KW电动机进行调速,最高频率可达400~600HZ,能对中频电机进行调频控制。
90年代末又出现适合中压(1KV~10KV)开关电路的IGCT(集成门极换流晶体管)、以及现在使用的功率智能模块IPM:
是以IGBT为开关器件,同时含有驱动电路和保护电路,是一种功率集成器件(PIC)。
IPM的保护功能有过流、短路、过压、和过热等,还可以实现再生制动,由于IPM组成的变频器只需对桥臂上各个IGBT提供隔离的PWM信号即可,使变频器的体积逐渐趋向小型化,总之随着电力电子功率器件的发展变频调速技术不断成熟。
图1:
交-直-交电压型变频器主电路
(3)控制理论不断成熟
早期通用变频器主要采用恒压频比(V/F)PWM控制方式,矢量控制技术、直接转矩控制技术的出现使得电动机变频后的机械特性可以和直流电机相媲美。
随着变频控制调速理论不断成熟、功率电子器件不断发展,使变频器得到日益广泛的应用,尤其在节能领域变频器作起着重要的作用。
二、变频器的原理、结构
变频器从结构上看可分为交—交变频器和交—直—交变频器两类;
从变频电源的性质上看可分为电压源型变频器和电流源型变频器两大类。
电流源型:
中间直流滤波环节采用大电感滤波,电源内阻抗为零的恒压源,输出电流波形为矩形波。
电压源型:
中间直流滤波环节采用大电容滤波,电源内阻抗为很大的恒流源,输出电压波形为矩形波。
1、频器的主回路(见图1)
电压型变频器主电路包括:
整流电路、中间直流电路、逆变电路等(见图1)
整流电路:
VD1~VD6组成三相不可控整流桥,220V系列采用单相全波整流桥电路;
380V系列采用桥式全波整流电路。
若电源线电压为UL,则三相全桥整流后平均直流电压UD=1.35UL,直流母线电压为535V。
CONVO变频器使用PSD整流模块
滤波电容CF:
整流后的电压为脉动电压,必须加以滤波;
除滤波外还在整流与逆变之间起去耦作用,消除干扰给电机感性负载提供必要的无功功率,由于该大电容储存能量,在断电的短时间内电容两端存在高压电,因而要在电容充分放电后才可进行操作。
CONVO变频器选用日立电解电容
限流电阻RL与开关SF:
由于储能电容较大,接入电源时电容两端电压为零,因而在上电瞬间滤波电容CF的充电电流很大,过大的电流会使整流桥的二极管损坏,为保护整流桥,在上电时将充电电阻RL串入直流母线中以限制充电电流,当CF充电到一定程度时由开关SL将RL短路。
逆变管G1~G6:
G1~G6组成逆变桥将直流电逆变成频率、幅值都可调的交流电,时变频器的执行环节,核心部分。
常用:
GTR、GTO、IGBT、IGCT等。
中小功率变频器一般都采用模块结构:
2单元、4单元、6单元,小功率采用6单元(含制动单元)、或IPM模块;
大功率采用2单元模块。
如:
BSM、IXYS、KSM、PM等,模块选择:
一般为额定电流的2.5倍或以上。
CONVO变频器:
采用西门子BSM、西门康BSK及三菱系列IGBT逆变模块。
续流二极管VD1~VD7:
其主要作用为:
(1)电机绕组为感性具有无功分量,VD1~VD7为无功电流返回到直流电源提供通道;
(2)当电机处于制动状态时,再生电流将通过VD1~VD7返回直流电;
(3)为V1~V6同一桥臂两个逆变管的交替导通和截止提供通路。
缓冲电路:
由于逆变管V1~V6每次由导通切换到截止状态的瞬间,C极和E极间的电压将由近乎0V上升到直流电压值UD,这过高的电压增长率可能会损坏逆变管,吸收电容的作用便是降低V1~V6关断时的电压增长率。
CONVO变频器采用外并联吸收电容。
制动电阻RB和制动单元VB:
电机在工作频率下降中,异步电机的转子转速将可能超过此时的同步转速而处于再生制动状态,拖动系统的动能将反馈到直流电路中,使直流母线(滤波电容两端)电压UD上升,因此需要将反馈回来的能量消耗掉,否则变频器将会产生过压保护,甚至可能损坏变频器,制动电阻就是用来消耗这部分能量的。
制动单元VB用来控制制动电阻的开启。
制动单元、制动电阻的选择:
各种变频器手册上都提供该公司的外接制动单元和制动电阻可供选择使用,也可用下列方法选配:
RB≥2US/IN;
PB≥(0.3~0.5)US2/RB
US整流后的直流电压、IN为变频器的额定电流、选择系数当电机容量小时选小值否则选取大值,CONVO11KW以下的变频器内置有制动单元和制动电阻,但内置制动电阻的制动能力有限当反馈能量较大时要选用外接制动单元和制动电阻,其选用参见使用手册。
2、变频器的控制电路
控制部分主要有:
CPU单元、显示单元、电流电压检测单元、控制端子、驱动单元、开关电源等(见图2)。
图2:
变频器控制部分结构图
CPU单元:
采用16位单片机或DSP,变频器专用单片机如:
INTEL87C196MH,速度为几十ns级。
矢量控制型采用双CPU
开关电源单元:
变频器控制电源为开关电源:
有±
24V,±
15V,+5V等输出,其输入在主电路直流母线侧取得。
CONVO变频器18.5KW及以上采用双开关电源,其中一路开关电源给冷却风扇或注塑机信号处理电路(ZS系列)供电。
变频器的电压检测电路实际为检测开关电源的一路输出电压,从而测得直流母线侧输入的直流电压。
CONVO变频器的直流侧电压检测范围为:
432V~780V。
驱动单元电路:
软件产生的PWM波经专用驱动芯片驱动后给IGBT。
常用的单路波形驱动芯片有:
Motorola的MC33153,日本英达HR065,富士J316(convo变频器用),及光耦TLP521等;
常用的六路波形驱动芯片有:
IR公司的IR2130,IR3320等。
IGBT驱动电路特点及要求:
(1)动态驱动能力强,能为IGBT栅极提供陡峭前后沿的驱动脉冲。
(2)能向IGBT提供适当的正向栅压。
IGBT导通后VCE与栅极电压有关,VGE越高则VCE越低。
一般为20V左右。
(3)在关断过程中,为尽快抽取PNP管中的存贮电荷,能向IGBT提供足够的反向栅压。
幅值一般为5V~15V。
(4)有足够的输入输出隔离能力。
(5)具有有栅压限幅电路,保护栅极不被击穿。
(6)具有故障封锁输出功能。
电流检测单元:
采用HALL元件检测变频器输出侧电流。
对于加速、减速、运行中过流、变频过载及电机过载的检测是:
由CPU通过检测输入的脉冲频谱来区分的。
CONVO选用霍尼威尔电流传感器
显示单元:
其功能为人机界面、参数设定、状态/故障显示、远距离操作等,
CONVO:
CVF—KP1:
6位按键,4位数码显示,有电位器;
CVF—KP2:
CVF—KP3:
6位按键,4位数码显示;
无电位器;
以上小键盘适用机型:
G1系列:
CVF-G1-4T0007~~CVF-G1-4T0150
P1系列:
CVF-P1-4T0037~~CVF-P1-4T0185
ZS系列:
CVF-ZS-4T0055~~CVF-ZS-4T0150
CVF—KP6:
CVF—KP7:
8位按键,4位数码显示,有电位器;
CVF—KP8:
8位按键,4位数码显示;
以上大键盘适用机型:
CVF-G1-4T0185~~CVF-G1-4T2800
CVF-P1-4T0220~~CVF-P1-4T2800
CVF
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