以及逆变器和电动机的保护电路等组成
发布时间:2019-06-04 23:36

  变频器(Variable-frequency Drive,VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。

  变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率,根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压,进而达到节能、调速的目的,另外,变频器还有很多的保护功能,如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高,变频器也得到了非常广泛的应用。

  变频器常见的频率给定方式主要有:操作器键盘给定、接点信号给定、模拟信号给定、脉冲信号给定和通讯方式给定等。这些频率给定方式各有优缺点,须按照实际所需进行选择设置,同时也可以根据功能需要选择不同频率给定方式之间的叠加和切换。

  最近大量使用的是二极管的变流器,它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器,由于其功率方向可逆,可以进行再生运转。

  在整流器整流后的直流电压中,含有电源6倍频率的脉动电压,此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动,采用电感和电容吸收脉动电压(电流)。装置容量小时,如果电源和主电路构成器件有余量,可以省去电感采用简单的平波回路。

  同整流器相反,逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率,以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。

  控制电路是给异步电动机供电(电压、频率可调)的主电路提供控制信号的回路,它有频率、电压的“运算电路”,主电路的“电压、电流检测电路”,电动机的“速度检测电路”,将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”,以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。

  (1)运算电路:将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算,决定逆变器的输出电压、频率。

  (3)驱动电路:驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。

  (4)速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号,送入运算回路,根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。

  (5)保护电路:检测主电路的电压、电流等,当发生过载或过电压等异常时,为了防止逆变器和异步电动机损坏,使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。

  变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性,各种生产机械在设计配用动力驱动时,都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时,除达到动力驱动要求外,多余的力矩增加了有功功率的消耗,造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量,其输入功率大,且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时,如果流量要求减小,通过降低泵或风机的转速即可满足要求。

  电动机使用变频器的作用就是为了调速,并降低启动电流。为了产生可变的电压和频率,该设备首先要把电源的交流电变换为直流电(DC),这个过程叫整流。把直流电(DC)变换为交流电(AC)的装置,其科学术语为“inverter”(逆变器)。一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。变频器输出的波形是模拟正弦波,主要是用在三相异步电动机调速用,又叫变频调速器。对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器,要对波形进行整理,可以输出标准的正弦波,叫变频电源。一般变频电源是变频器价格的15--20倍。由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”,故该产品本身就被命名为“inverter”,即:变频器。

  变频不是到处可以省电,有不少场合用变频并不一定能省电。 作为电子电路,变频器本身也要耗电(约额定功率的3-5%)。一台1.5匹的空调自身耗电算下来也有20-30W,相当于一盏长明灯。 变频器在工频下运行,具有节电功能,是事实。但是他的前提条件是:

  这是体现节电效果的三个条件。除此之外,无所谓节不节电,没有什么意义。如果不加前提条件的说变频器工频运行节能,就是夸大或是商业炒作。知道了原委,你会巧妙的利用他为你服务。一定要注意使用场合和使用条件才好正确应用,否则就是盲从、轻信而“受骗上当”。

  无功功率不但增加线损和设备的发热,更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低,大量的无功电能消耗在线路当中,设备使用效率低下,浪费严重,使用变频调速装置后,由于变频器内部滤波电容的作用,从而减少了无功损耗,增加了电网的有功功率。

  1:电机硬启动对电网造成严重的冲击,而且还会对电网容量要求过高,启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大,对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后,利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求,延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。

  2:从理论上讲,变频器可以用在所有带有电动机的机械设备中,电动机在启动时,电流会比额定高5-6倍的,不但会影响电机的使用寿命而且消耗较多的电量。系统在设计时在电机选型上会留有一定的余量,电机的速度是固定不变,但在实际使用过程中,有时要以较低或者较高的速度运行,因此进行变频改造是非常有必要的。变频器可实现电机软启动、补偿功率因素。

  1)工作温度。变频器内部是大功率的电子元件,极易受到工作温度的影响,产品一般要求为0~55℃,但为了保证工作安全、可靠,使用时应考虑留有余地,最好控制在40℃以下。在控制箱中,变频器一般应安装在箱体上部,并严格遵守产品说明书中的安装要求,绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。

  2)环境温度。温度太高且温度变化较大时,变频器内部易出现结露现象,其绝缘性能就会大大降低,甚至可能引发短路事故。必要时,必须在箱中增加干燥剂和加热器。

  3)腐蚀性气体。使用环境如果腐蚀性气体浓度大,不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等,而且还会加速塑料器件的老化,降低绝缘性能,在这种情况下,应把控制箱制成封闭式结构,并进行换气。

  4)振动和冲击。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时,会引起电气接触不良。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外,还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后,应对其进行检查和维护。

  给异步电动机供电(电压、频率可调)的主电路提供控制信号的网络,称为控制回路,控制电路由频率,电压的运算电路,主电路的电压,电流检测电路,电动机的速度检测电路,将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路,以及逆变器和电动机的保护电路等组成。无速度检测电路为开环控;在控制电路增加了速度检测电路,即增加速度指令,可以对异步电动机的速度进行更精确的闭环控制。

  (1)运算电路将外部的速度,转矩等指令同检测电路的电流,电压信号进行比较运算,决定逆变器的输出电压、频率。

  (3)驱动电路为驱动主电路器件的电路,它与控制电路隔离,控制主电路器件的导通与关断。

  (4)I/O电路使变频更好地人机交互,其具有多信号(比如运行多段速度运行等)的输入,还有各种内部参数(比如电流,频率,保护动作驱动等)的输入。

  (5)速度检测电路将装在异步电动机轴上的速度检测器(TG、PLG等)的信号设为速度信号,送入运算回路,根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。

  (6)保护电路检测主电路的电压、电流等。当发生过载或过电压等异常时,为了防止逆变器和异步电动机损坏,使逆变器停止工作或抑制电压,电流值。

  逆变器控制电路中的保护电路,可分为逆变器保护和异步电动机保护两种,保护功能如下:

  ①瞬时过电流保护,用于逆变电流负载侧短路等,流过逆变电器回件的电流达到异常值(超过容许值)时,瞬时停止逆变器运转,切断电流,变流器的输出电流达到异常值,也得同样停止逆变器运转。

  ②过载保护,逆变器输出电流超过额定值,且持续流通超过规定时间,为防止逆变器器件、电线等损坏,要停止运转,恰当的保护需要反时限特性,采用热继电器或电子热保护,过载是由于负载的GD2(惯性)过大或因负载过大使电动机堵转而产生。

  ③再生过电压保护,应用逆变器使电动机快速减速时,由于再生功率使直流电路电压升高,有时超过容许值,可以采取停止逆变器运转或停止快速的方法,防止过电压。

  ④瞬时停电保护,对于毫秒级内的瞬时断电,控制电路工作正常。但瞬时停电如果达数10ms以上时,通常不仅控制电路误动作,主电路也不供电,所以检测出后使逆变器停止运转。

  ⑤接地过电流保护,逆变器负载接地时,为了保护逆变器,要有接地过电流保护功能。但为了保证人身安全,需要装设漏电保护断路器。

  ⑥冷却风机异常,有冷却风机的装置,当风机异常时装置内温度将上升,因此采用风机热继电器或器件散热片温度传感器,检测出异常后停止逆变电器工作。

  ①过载保护,过载检测装置与逆变器保护共用,但考虑低速运转的过热时,在异步电动机内埋入温度检出器,或者利用装在逆变器内的电子热保护来检出过热。动作过频时,应考虑减轻电动机负荷,增加电动机及逆变器的容量等。

  ②超速保护,逆变器的输出频率或者异步电动机的速度超过规定值时,停止逆变器运转

  ①防止失速过电流,加速时,如果异步电动机跟踪迟缓,则过电流保护电路动作,运转就不能继续进行(失速)。所以,在负载电流减小之前要进行控制,抑制频率上升或使频率下降。对于恒速运转中的过电流,有时也进行同样的控制。

  ②防止失速再生过电压,减速时产生的再生能量使主电路直流电压上升,为防止再生过电压电路保护动作,在直流电压下降之前要进行控制,抑制频率下降,防止不能运转(失速)。