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①电压型变频器:
其特点是中间直流环节的储能元件采用大电容,负载的无功功率将由它来缓冲,直流电压比较稳定,直流电环内阻较小,相当于电压源,故称电压型变频器,常选用于负载电压变化较大的场合;
②电流型变频器:
其特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节,缓冲无功功率,即扼制电流的变化,使电压接近正弦波,由于该直流内阻较大,故称电流源型变频器(电流型)。
电流型变频器的优点是能扼制负载电流频率而急剧的变化。
常选用与负载电流变化较大的场合。
(3)按工作原理可分为:
①V/f控制变频器;
②转差频率控制变频器;
③矢量控制变频器。
(4)按开关方式可分为:
①PAM控制变频器;
②PWM控制变频器;
③高载频PWM控制变频器。
(5)按用途可分为:
①通用变频器;
②高性能专用变频器;
③高频率变频器;
④单相变频器;
⑤三相变频器等。
(6)按变频器调压方法可分为:
①PAM变频器:
通过改变电压源Ud或电流源Id的幅值进行输出控制的。
②PWM变频器:
在变频器输出波形的一个周期产生的脉冲波的脉冲,其等值电压为正弦波,波形较平滑。
(7)按工作原理可分为:
①U/f控制变频器(VVVF控制);
②SF控制变频器(转差频率控制);
③VC控制变频器(VectoryControl矢量控制)。
(8)按电压等级可分为:
①高压变频器(输入电压为3kv、3.3kv、6kv、10kv等);
②中压变频器(输入电压为690V1140V、2300V等);
③低压变频器(输入电压不高于690V,常见的由110V、220V、380V)。
3.变频器的保护功能
为了防止变频器本身和三相异步电动机损坏,使变频器能停止工作或者有效地抑制电压、电流值,变频器的保护回路设置了多种保护功能失速。
(1)过压保护
过压保护又分为电源过电压、再生过电压。
电源过电压是对于电源电压的上限,一般规定不能超过额定电压的10%,当电源线电压为380V时,其上限值为420V。
当变频器输入电源电压发生冲突,电压急剧升高,变频器对直流母线电压进行实时检测,达到保护值时进行OU保护。
再生过电压一般是变频器停车时、减速太快、电动机回馈能量使PN电压急剧升高引起。
此保护采用变频器使电动机快速减速时,再生功率直流电路电压将升高,有时超过允许值,可采取停止变频器运转或停止快速减速的办法,防止过电压。
(2)欠压保护
当电源电压太低,电源瞬时停电,电网容量太小或电网内有较大的冲击电流。
(3)电流限幅保护
当变频器执行加速运行时,由于加速过快或电机负载过大,变频器输出电流会急速上升,若电流过大,则自动降频,以保证不跳过流,当电流低于标准时,频率回升到设定值。
(4)过流及瞬时过电流保护
在正常工作或是在升、降速过程中,短时间的过电流总是难免的。
为此变频器配置了防止跳闸的功能,只有当冲击电流的峰值太大时,才迅速跳闸。
由于逆变器负载侧短路等,流过逆变器元件的电流达到异常值(超过允许值)时,瞬时停止变频器运转,切断电源。
(5)过载保护
当负载过大或造成电动机堵转使逆变器输出电流超过保护值,且持续流通达规定的时间以上时,为了防止逆变器元件、电线等损坏,变频器会停止变频器运转。
(6)电子热继电器
为防止自冷式电机在低速运转时发生电机过热现象,通过电子热继电器进行校正,当电机特性变化不大而电机容量变化时(比变频器额定容量变小),也可用此功能进行修正,以达到保护电机的目的。
(7)过热保护
因为环境温度过高、冷却风扇不运转或载波频率过大,都会使变频器在运行过程中能量损耗和散热通风不畅。
所以过热保护可以分为风扇运转保护、逆变模块散热板的过热保护、制动电阻过热保护。
风扇运转保护是变频器的内装风扇是箱体内部散热的主要手段,它将保证控制电路正常工作。
逆变模块是变频器内发生热量的主要部件,也是变频器中最重要而又最脆弱的部件,所以对于逆变模块散热板也要施加过热保护。
制动电阻过热保护主要是针对于制动电阻一旦通电时间过长,应暂停使用,待冷却后再用。
(8)过压失速
变频器减速时,由于电机负载惯量的影响,电机会产生很高的回馈电压至变频器内部,导致直流侧电压升高或超过允许最大值,此时变频器停止减速(输出频率保持不变),直到直流侧电压低于设定值,变频器才会再执行减速。
二.变频器的结构
图2.1变频器结构图
变频器由主回路和控制回路构成。
其中主回路是一个交-直-交结构。
控制回路是整个变频器的核心,发出各种指令以使变频器有不同的响应和动作。
具体构成如图2.1所示。
1.主回路
1.1交-直回路部分
(1)整流电路
由整流管组成三相整流桥,将电源的三相交流全波整流成直流。
如电源的线电压为UL,则三相全波整流后平均直流电压Ud的大小是Ud=1.35UL。
(2)滤波电路
利用电容滤平全波整流后的电压纹波,当负载变化时,使直流电压保持平稳。
(3)限流电路
利用限流电阻限流,因为变频器在上电瞬间,电解电容的充电电流很大,为了防止过大的冲击电流损坏主电容和整流桥,电路内串入限流电阻,其作用是将电容的充电电流限制在允许的范围以内。
图2.2主回路原理图
1.2直-交回路部分
(1)逆变电路
利用逆变管组成逆变桥,把整流所得的直流电,再“逆变”成频率可调的交流电。
这是变频器实现变频的具体环节,因而是变频器的核心部分。
(2)续流电路
利用续流二极管实现。
其主要功能是:
①因为电动机的绕组是电感性的,其电流具有无功分量。
为无功电流返回直流电源时提供“通道”。
②当频率下降、电动机处于再生制动状态时,再生电流返回给直流电路。
③在逆变过程中,同一桥臂的两个逆变管,处于不停地交替导通和截止的状态。
在交替导通和截止的换相过程中,需要它提供通路。
1.3能耗制动电路
(1)制动电阻
电动机在工作频率下降过程中,将处于再生制动状态,拖动系统的机械能转换成电能回馈到直流电路中,使直流电压Ud不断地上升,甚至可能达到危险的地步。
利用制动电阻来消耗这部分回馈电压,使Ud保持在允许范围内。
(2)制动单元
制动单元Vb由单颗IGBT及其驱动电路构成。
其功能是为放电电流Ib流经Rb提供通路。
1.4外部接线
如下图2.3所示,变频器的输入端接至频率固定的三相交流电源;
输出端输出的是频率在一定范围内连续可调的三相交流电,接至电动机。
图2.3外部接线图
2.控制回路
2.1内部控制回路
(1)控制板:
顾名思义,它控制着整个变频器信号的运作,通过中央处理器发出各种工作信号和各种警示信号,发出各种运行指令和保护指令,以使变频器功能实现。
(2)键盘
①显示分为待机参数显示、运行数据显示、故障、保护显示。
在待机状态下查找参数。
在运行状态下,显示各种运行数据,如频率、电流、电压。
当变频器出现故障显示跳保护参数。
②操作通过键盘可以实现变频器的正转,反转,停车以及一些参数的修改,方法。
(3)电源板:
电源板的作用是为整个变频器内部的元器件提供工作电源,以满足元器件的工作。
(4)驱动板:
当驱动板接收到CPU的驱动信号后,开始驱动,以使IGBT实现逆变效果。
2.2外部控制电路
(1)外接给定电路
①开关状态控制
②脉冲信号控制
(2)外接输入控制电路:
外部的控制信号通常是由开关来传递的。
控制开关的通、断信息,通过变频器输入电路的光耦合器而传递到内部的控制电路中。
(3)外部输出控制电路:
一种是内部继电器的触点;
另一种是晶体管的集电极输出。
3.制动单元
(1)制动单元(BRAKEUNIT)主要用在变频器需急降速、刹车、定位的场合,变频器在降速时,由于负载惯性的关系,急降速时会将动能变成电能储存在直流母线上,因此必须使用本制动(电阻)器将回生电压予以消耗,否则变频器将会跳过压保护或故障。
(2)一般适用于离心机、洗衣机、天车、电梯、纺织机械、造纸机械、伸线机械(拉丝机)、绕线机、制药、比例联动系统中均可使用。
(3)其他方面
①适用于各种品牌的变频器;
②规格齐全200V/380V/440V/480V;
③容量范围大,单台可使用到110KW(400V);
④允许并联使用,没有容量限制;
⑤允许在电网变动大的场合使用;
⑥保护齐全:
具有短路、低电压、过电压、快速保险丝、过热等保护功能;
⑦性能价格比佳;
⑧功率电阻为选用件;
⑨可订制电阻箱。
4.变频器中的电阻
(1)功率电阻:
上电瞬间起限流作用,之后被继电器常开触点短路。
(2)均压电阻:
分别与两主电容并联,使两主电容分得电压相等。
(3)驱动电阻:
根据模块的不同进行选择。
(4)热敏电阻:
在一定温度范围内,随着温度变化阻值也会相应变化,所以可用来测量IGBT的温度。
(5)压敏电阻:
起过电压防护作用。
常用的压敏电阻有14D471K(220V机器使用),14D821K(380V机器使用,现已不用),14D102K(380V机器使用),20D510E(适用于2N4及以上机型)。
压敏电阻两引脚间要点胶,以改善在恶劣环境下的绝缘性能。
三.变频器的特点
变频器应用先进的空间电压矢量PWM控制技术、矢量控制技术,采用高性能的功率模块和先进的变频器制造工艺,无论是简单的变频控制还是高性能的伺服应用。
(1)采用DSP(数字信号处理器)为核心的控制单元,实现高速高性能控制;
(2)集V/F控制、V/F+PG控制、矢量控制+PG三种控制功能为一体;
(3)三种空间电压矢量波形产生方式;
(4)死区补偿功能,实现低频率大输出转矩;
(5)自动转差补偿;
(6)十种频率设定方式,模拟端子可以接受0~10V、0~20mA之内的自定义范围信号;
(7)可实现最多七段速度和八段加速度控制;
(8)转速追踪启动和断电再恢复运行功能;
(9)强大的通讯功能,支持标准的RS485与CanBus,同时提供远控键盘功能;
(10)人性化显示菜单,中文液晶显示,配以LED显示,同时显示3个状态参数;
(11)特有逆变模块(IGBT)温升监控功能,风扇调节可控,适时降低电机噪音和温升;
(12)PID调节的直流电流制动;
(13)高效的故障查询与记录功能,方便排除故障;
(14)在三相交流永磁同步电机控制中表现同样出色。
四.变频器的生产流程
简单的来讲,变频器的生产过程分为PCB板的制板过程和整机生产过程两部分:
(1)PCB板加工过程:
1、板加工;
2、一次测板;
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