变频器的调试与维修

2017/11/29 9:16:41   浏览量:106

一、对变频器的基本认识

1、变频调速的定义

所谓变频器,就是通过调节频率实现电机调速的装置。由电动机的转速公式知道:

n=60f/P*(1-s)

可知当电机的极对数p、转差率s不变时,改变电源的供电频率f,就可以平滑的改变电机的转速,即:n=Kf,n与f成正比,这就是改变频率可以平滑改变电机转速的原理。

但是就是这样一个普通的道理,制造变频器却经过了一百多年的时间,科技人员在三相交流异步电动机问世的同时,就积极研究变频调速的问题,由于大功率开关器件的制约,加之控制器件的局限性,经过了一个世纪的艰苦的研制与探索,在上世纪70—80年代才有了初步的成果,并经过近20多年的发展,才具备了今天的成就。

在改变频率实现调速的过程中,有一个必须解决的问题,就是在调频的同时,必须进行调压,即调节电机输入端的电压。

对于异步交流电机,变频器输出电压与频率以及气空隙磁通存在以下对应关系:

U=4.44fs*Ns*Ks*Φ

式中, N s 为定子每相绕组串联匝数; Ks 为基波绕组系数;Φ为电机气隙中每极合成磁通。

在变频器调速过程中,要保证磁通恒定,因为对于电动机而言,磁通太大,电机绕组容易饱和,严重时会烧毁电机,磁通太弱,电机力矩就会不足,电机在重载下就会启动不了,难以正常运转。从上式来看,在调频的过程中,4.44、Ns、Ks都是常数,要保证磁通Φ恒定,在改变频率fs的同时,必须同时改变电压U,即保证U/fs=KΦ,K为常数,这就是变频同时变压的原理,也即恒V/f控制。

2、基本工作原理:

变频器的调试与维修

图1、变频器基本电路

如图1所示是变频器最基本的主回路图,三相交流380V/50Hz的工频电源,经三相全波整流后,变成脉动的直流,再经过大电解电容平滑滤波后,变成比较平稳的直流电源,经过IGBT开关管的控制,逆变成频率和电压都可以调节的交流电,供电机运行。而由直流变成交流的逆变环节,是变频器的核心控制部分。

当然随着变频器的发展,为了适应现场电机及电源电压的要求,又派生出变频器的许多不同品类,如:为了适应大功率电机的需要,采用IGBT模块、整流模块直接并联或单元并联的方式,产生低压大功率变频器。

为了适应电压升高的需要,产生了中压变频器,采用整流模块、IGBT模块直接串联,采用三电平、五电平、七电平等主回路方式,使输出波形及电源谐波尽量满足现场需要。

对于高压大功率变频器,现在主要采用美国罗宾康公司的单元串联完美无谐波的主电路及控制电路的方式进行控制,实现用低压配件进行高压控制的目的。

为了适应控制方式的需要,又在V/f控制的基础上,研发了矢量控制、直接转矩控制等多种控制方式。

这些都是普通变频器的派生产品。