变频调速问答_二_变频器的主电路

电气时代2005年第2期 | 125 EA产品与技术理论&知识 变频器的内部主电路 问题1　变频器的内部主电路是怎样构成的？ 1)基本结构 低压中、小容量的变频器都采用“交－直 －交”变换方式，基本电路由整流和逆变两大部分组成，如 图1所示。 2)交－直变换 从R、S、T端输入频率固定的三相交流 电源，经三相整流桥(由二极管VD1～VD6构成)全波整流成直 流电，电压为UD。 3)直－交变换 6个IGBT管(绝缘栅晶体管)V1～V6构成 三相逆变桥，把直流电“逆变”成频率和电压任意可调的三 相交流电，从U、V、W端输出。 问题2　和滤波电容器并联的电阻起什么作用？ 迄今为止，电解电容器的 耐压只能做到450 V。而三相 380V的电源电压经全波整流后， 直流电压的峰值为537 V，平均 值也有513 V。因此，滤波电容 器只能由2个(或2组)电解电容 器串联而成。为了增大电容量， 改善滤波效果，变频器内总是先将若干个电解电容器并联成 一组，然后再将2组电容器(CF1和CF2)串联起来，如图2所示。 由于每个电容器的电容量不可能绝对相同，尤其是电解 电容器，其电容量的离散性较大，若干个并联以后，2组电容 器的电容量之间的差异是比较明显的。串联以后，2个电容器 组上的电压分配将是不均衡的，这将导致2组电容器使用寿命 的不一致。 解决电压不均衡的方法，便是在两个电容器组的两端分 别并联电阻值相等的均压电阻RC1和RC2，如图2所示。原理 如下。 假设 CF1＜CF2 则 UD1＞UD2，这将导致IC2＞IC1 式中 CF1、CF2——分别是两个电容器组的电容量(μF)； UD1、UD2——分别是两个电容器组两端的电压(V)； IC1、IC2——分别是两个电容器组的充电电流(A)。 就是说，CF2上的充电电流较大，从而使UD2有所提高，使 UD1和UD2趋于均衡。 由于电阻的阻值容易做得比较准确，从而保证了均压的 效果。 问题3　整流桥和电容器之间为什么要接电阻和接触器 (或晶闸管)的并联电路？ (1)变频器接通电源时存在的问题 当变频器刚接通电源(接触器KM1动作)时，滤波电容器 上的电压为0 V。而电源电压为380 V，振幅值为537 V，且 为了提高滤波效果，滤波电容器的电容量又很大。所以，在 刚接通电源的瞬间，必将造成以下情况。 1)产生很大的冲击电流，有可能损坏整流二极管。 2)使电源电压瞬间下降为0 V，形成了对网络的干扰，如 图3a所示。 (2)解决办法 在三相整流桥和滤波电容器之间，接入限流电阻RL，将 滤波电容器的充电电流限制在一个允许范围内，使网络电压 的波形少受影响，如图3b所示。 变频器的主电路 □宜昌市自动化研究所 张燕宾 变频调速问答(二) 图1 “交－直－交”的主电路 整 流 交 流 SL R S T VD1 VD3 VD5RL CF1 RC1 RH 直 流 逆 变 VD7 VD9 VD11 V1 V3 V5 交 流 VD10 VD12 VD8 V4 V6 V2 UD H LRC2CF2 VD4 VD6 VD2 U V W 图2 变频器的滤波电路 CF1 CF2 RC1 RC2 UD UD 1 IC1 IC2 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋UD 2 126 | 电气时代2005年第2期 EA产品与技术 理论&知识 但RL如长期接在电路内，将影响直流电压和变频器输出 电压的大小。因此，当滤波电容器已经充电完毕后，由接触 器KM2(或晶闸管)将限流电阻短接。 问题4　直流回路的电源指示为什么不装在面板上？ 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示变频器已经通电的电源指示由显示屏进行显示。 直流回路的电源指 示如图4所示，其作用并 不在于显示变频器是否 通电，而是指示滤波电 容器上是否有电。 当变频器切断电源 后，由于逆变桥已经停 止工作，滤波电容器的 放电过程将十分缓慢。因此，当维修人员打开变频器的盖子 后，滤波电容器上往往还有较高的直流电压，有可能对维修 人员的人身安全构成威胁。 所以，直流回路电源指示的作用是向维修人员警示：滤 波电容器尚未放电完毕，不能触摸带电部分。 问题5　每个逆变管旁边，为什么都要反并联二极管？ 逆变桥中，每个逆变管旁边，都要反并联一个二极管，如 图5a中的VD7～VD12，它们的作用有以下几个方面。 (1)为绕组电感反馈能量提供回路 异步电动机的定子电路是感性电路，其电流的变化将滞 后于电压，如图5b所示。 0～t1段：电流i与电压u的方向相反，是绕组的自感电动 势(即反电动势)克服电源电压在作功(磁场作功)。这时的电流 将通过反并联二极管流向直流回路。 t1～t2：电流i与电压u的方向相同，是电源电压克服绕组 的自感电动势在作功(电源作功)。这时的电流是通过逆变管流 向电动机的。 如果没有反并联二极管，则因为逆变管只能单方向导通， 绕组的磁场无法与电源交换能量，电动机的电流波形将发生 畸变。 (2)降速时为拖动系统释放机械能提供回路 变频调速系统是通过降低频率来减速的。 例如，当电动机的工作频率为50 Hz时，其同步转速为 1500 r/min，转子转速为1440 r/min，低于同步转速，转子绕 组反方向切割磁力线，所产生的电磁转矩使转子旋转，如图 5c所示。 当把频率降至45 Hz时，同步转速立即降为1350 r/min， 但在频率刚下降的瞬间，由于转子具有惯性，故转子转速仍 为1440 r/min，超过了同步转速，使转子绕组正方向切割磁力 线，所产生的感应电动势和电流的方向都和原来相反了，电 动机变成了发电机(即再生制动状态)，如图5d所示。转子多 余的机械能转换成了电能，由6个反并联二极管全波整流后反 馈给直流回路。 (3)为线路中分布电感反馈能量提供回路 因为变频器的输出电压是高频矩形波。所以，由线路分布 电感产生的电动势和电流不能小视，也应该有反馈能量的回路。 问题6　变频器的主电路有哪些接线端子？ 主电路接线端子的排列大致如图6a所示。说明如下。 1)R、S、T 变频器的输入端子，接至电源。 2)U、V、W 变频器的输出端子，接至电动机。 3)P、N 滤波后直流电路的＋、－端子。 4)P＋ 整流桥输出的＋端，出厂时P＋端与P端之间 用一铜片短接。在需要接入直流电抗器DL时，拆去铜片，将 DL接在P＋和P之间。 5)PE 接地端。 图6b是接入直流电抗器和制动单元、制动电阻的情形。 问题7　为什么变频器输入和输出端绝对不许接反？ 变频器的输入端和输出端之间绝对不能接错。万一将 电源进线错误地接到了变频器的U、V、W端，则不管哪个 图3 限流电阻的作用 a)无限流电阻时 b)有限流电阻时 CF R S T 380 V 50 HzKM1 UD＝0 V IC 380 V 50 Hz KM1 R S T IC CF IC KM2 RL UD＝0 V a) b) 图4 直流回路的电源指示 CF1 RC1 RC2 HL UD＝0 V？ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ RH CF2 图5 逆变桥的反并联二极管及其作用 a)逆变桥的电路结构 b)电压与电流的波形 c)频率为50Hz时的情形 d)频率为45Hz时的情形 UD ＋ － V1 V3 V5 V4 V6 V2 VD7 VD9 VD1 1 VD1 0 VD1 2 VD8 U V W a) u 0 i u i t1 t2 t b) N S N S 1500 r/min (50 Hz) 1440 r/min 1440 r/min 1500 r/min (50 Hz) (An)(An) c) d) 电气时代2005年第2期 | 127 EA产品与技术理论&知识 逆变管导通，都将引起电源两相间的短路而将逆变管迅速 烧坏。 在图7中，假设在某一瞬间，电源的R端为“＋”，而S 端为“－”，则在逆变管V3导通时，电流将经VD7和V3而短 路，将立即烧坏V3。 变频器的外接主电路与器件选择 问题8　怎样选择空气断路器的容量？ (1)必须考虑的因素 因为空气断路器具有过电流保护功能，为了避免变频器 接通电源时引起空气断路器的误动作，在进行选择时，必须 考虑以下因素(如图8所示)。 1)变频器在刚接通电源的瞬间，对电容器的充电电流可 高达额定电流的2～3倍(在有限流电阻的情况下)。 2)变频器的进线电流是脉冲电流，高次谐波成分极多。 当基波电流达到额定值时，实际电流的有效值要比额定电 流大。 3)变频器本身具有一定的过载能力，通常为150%，1min。 (2)选择方法 为了避免误动作，空气断路器应选 IQN≥1.3～1.4IN (1) 式中 IQN——空气断路器的额定电流(A)。 问题9　变频器前面一定要加接触器么？ 一般说来，在空气断路器和变频器之间，应该接“输入 接触器”，其主要作用如图9所示。 (1)控制方便 可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电。 (2)发生故障时可自动切断变频器电源 这包括以下两个方面。 1)变频器自身发生故障，报警输出端子动作(图9中之B －C端之间断开)时，可迅速切断电源。 2)当控制系统中有其他故障信号(图9中之AL触点断开) 时，也可迅速切断变频器的电源。 问题10　在变频器之前一定要接快速熔断器吗？ 就保护功能而言，快速熔断器的作用和空气断路器类似。 一般说来，熔断器可以接，也可以不接。 但也有人认为，快速熔断器的保护动作比空气断路器快， 所以应该接。如接入，其选择方法与空气断路器相同。 问题11　变频器与电动机之间要不要接输出接触器？ (1)1台变频器控制1台电动机且不需要切换 当1台变频器只控制1台电动机，且并不要求和工频电源 进行切换时，变频器与电动机之间不要接输出接触器。其原 因为：如果接入了输出接触器，则有可能在变频器的输出频 率较高的情况下直接起动电动机，产生较大的起动电流，导 图7 电源接错的后果 V1 V3 V5 V4 V6 V2 V D 7 V D 9 V D 1 1 V D 8 V D 1 2 V D 1 0 UD ＋ － R U S V T W (＋) (－) 图8 接通电源时影响断路器误动作的因素 a)各种因素示意图 b)变频器的外接主电路 IV 150% 100% a) b) 图9 输入接触器的作用 R S T U V W U F B C A A L N K M K M SB ST K M L1 L2 L3 ＋ 1 0 V V R 1 C M 1 F W D R E V C M 2 K A RP M 图6 主电路的端子安排 a)主电路的接线端子 b)与原理图的对照 R S T 整 流 逆 变 ＋ － UD R S T P1 P N U V W PE a) P＋ P N D L VB RB U V W PE ＋ b) 128 | 电气时代2005年第2期 EA产品与技术 理论&知识 致变频器跳闸。 (2)必须接输出接触器的场合 必须接输出接触器的情况主要有两种，如图10所示。 1)1台变频器接多台电动机 这时，每台电动机必须有 单独控制的接触器，如图10a所示。 2)变频和工频需要切换 这种情况下，当电动机接至工 频电源时，必须切断和变频器之间的联系。因此，电动机和 变频器之间的接触器是必需的，如图10b所示。 问题12　变频器与电动机之间是否需要接热继电器？ 和输出接触器类似，当1台变频器只控制1台电动机，且 并不要求和工频进行切换时，由于变频器本身具有热保护功 能，所以没有必要接热继电器。 当1台变频器接多台电动机时，由于每台电动机的容量 比变频器小得多，变频器不可能对每台电动机进行热保护，则 每台电动机只能分别由各自的热继电器进行保护。 当电动机需要在变频和工频之间进行切换控制的情况下， 因为在工频运行时，变频器不可能对电动机进行热保护，故 热继电器也是必需的。 问题13　热继电器在变频器输出电路内容易误动作，何故？ 变频器的输出电流尽管已经和正弦波十分地接近了，但 它毕竟还有和载波频率相同的高次谐波成分。因此，在电动 机的输出功率相同的情况下，其每相电流的有效值大于工频 运行时的相电流。这就是当电动机在额定状态下运行时，热 继电器容易误动作的原因。解决的方法如下。 (1)加大热继电器的动作电流 热继电器的动作电流 一般应增加10%左右。 (2)接入旁路电容 在热继电器的发热元 件旁边，并联一个旁路电 容器，使高次谐波电流不 流经热继电器的发热元件，如图11所示。 问题14　为什么变频器的输出线有时需要加粗？ 因为变频器的输出电压是和输出频率一起变化的，当输 出频率很低时，输出电压也很低。因此，线路上的电压降所 占的比例将增大，使电动机实际得到的电压减小，严重时将 不能正常运行。 所以，当电动机和变频器之间的距离较远，工作频率又 较低的情况下，必须考虑线路电压降的影响，如图12所示。必 要时，应适当加粗变频器的输出线。 问题15　变频器与电动机之间的距离最多允许多远？ 不同变频器由于内部对输出部分的处理方法不同，规定 也各不相同。几种常用变频器的规定如附表所示。 附表中数据都来自于各变频器的说明 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 。 (下转第131页) 附表　不同变频器对电动机距离的规定 变频器型号 相关条件 规定距离/m fC≤3kHz ≤100 森兰SB40 fC≤7kHz ＜100 fC≤9kHz ＜50 康沃CVF－G2 ≤30 fC≤5kHz ≤100 英威腾INVT－G9 fC≤10kHz ＜100 fC≤15kHz ＜50 惠丰ＨＦ－Ｇ ≤200 艾默生TD3000 ≤100 富士G11S PN≤3.7kW ＜50 PN＞3.7kW ＜100 日立SJ300 ≤20 三菱FR－A540 PN≤0.4kW ≤300 PN≥0.75kW≤500 fC≤5kHz ≤100 安川CIMR－G7 fC≤10kHz ＜100 fC≤15kHz ＜50 直接转 R2、R3外壳 ≤100 ABB 矩控制 R4、R6外壳 ≤300 ACS800 标量 R2外壳 ≤150 控制 R3、R6外壳 ≤300 PN≤1.1kW ≤50 瓦萨CX PN＝1.5kW ≤100 PN≥2.2kW ≤200 图10 必须接输出接触器的场合 a)一台变频器接多台电动机 b)变频和工频切换 R S T U F U V W KM3 R S T U V W U F KM1 KM2 K H M b) KH1 KH2 KH3 KH4 M1 M2 M3 M4 a) 图11 热继电器接旁路电容 R S T U V W U F M 图12 输出线路的电压降 R S T U V W U F Δ U M 电气时代2005年第2期 | 131 EA产品与技术理论&知识 应用到工程实际中去，这使得复杂运动控制系统(如机器人运 动控制)和高性能运动控制系统得到快速发展。 TI公司推出的TMS320C24×是专门为满足复杂电动机 数字控制需求而 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的，它以较廉价的交流感应、直流无刷 或开关磁阻电动机为控制对象，有效地利用了DSP的高性能。 可以采用先进的控制策略来估计参数以适应电动机加载、温 度以及能耗的变化。 利用C24×，设计者可以构成数字地电流环，有效地减 小电动机转矩波动。其运算功能可以用于功率因数校正，从 而更有效地实现电能与机械能的转换，减小电动机消耗的总 能量。此外，采用C24×的主要优势是由于在芯片上集成了 A/D转换器及事件管理器，而减少了外围芯片的使用量。另外 由于C24×具有实时算术运算能力，从而支持无传感器驱动 并减少了存储器查表工作。由C240构成的运动控制系统如图 2所示，C240芯片内优化的事件管理器是为设计者提供完整 的高性能电动机控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的关键。从功能上看，它提供的脉 宽调制及I/O接口，可以用于驱动各种类型的电动机。它还支 持集中、非集中的脉宽调制生成能力以及空间矢量脉宽调制 状态装置，以实现开关功率晶体管的优化方案。它能以较低 的功耗得到较长的晶体管使用期，还集成有死区发生单元从 而有助于保护功率晶体管。 DSP的片内结构特点和外围电路对运动控制系统特别有 用。如A/D、大容量存储器、定时器、比较单元、PWM波形 发生器、快速中断处理能力、高速串行口及I/O口等。设计者 可以通过DSP实现信号处理、特殊输入轨迹、各种先进控制 策略、脉宽调制和诊断保护等控制功能。 双轴运动控制系统的执行电动机可为步进电动机或全数 字式伺服电动机，运动控制板卡是基于PC机ISA总线的步进 或数字式伺服电动机的上位控制单元。运动控制板卡与PC机 构成主从式的控制结构：PC机负责人机交互界面的管理和控 制系统的实时监控等工作，运动控制板卡完成运动控制的细 节，包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速处理、原点和 限位等信号的检测等。图3所示为一个双轴运动控制系统图结 构设计原理图。 该双轴运动控制系统的基本运动形式有独立运动(包括点 位运动和连续运动)、插补运动(包括线性插补运动和圆弧插补 运动)。独立运动是指双轴的运动之间没有联动关系，可以单 轴运动，也可以是两轴同时按各自的速度运动。插补运动是 指双轴按一定的算法进行联动，被控轴同时起动，同时达到 目标位置，插补运动以矢量速度运行。 通过双轴运动控制系统的实例可以看出，通过PC－ based的运动控制卡技术可以方便地实现运动控制系统的结构 模块化和 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化，大大地提高运动控制系统的柔性，降低开 发、维修和升级的成本。 在运动控制系统中采用伺服电动机作为执行部件，先进 控制策略的运用可以极大地提高系统的动态性能，改善系统 的性能指标，但是对于控制器的设计需要较深的控制理论以 及系统应用能力。全闭环交流伺服驱动系统、直线电动机驱 动技术、可编程计算机控制器、运动控制卡等先进运动控制 新技术的应用体现了先进运动控制策略的应用价值。EA (收稿日期：2004.12.30) 图2 TMS320C240构成的运动控制系统 输入滤波器 整流器 逆变器 电动机 光电编码器 DSP TMS320C240辅助电源 输入 通信 图3 双轴运动控制系统图结构设计原理图 PC机 CPU ISA 总 线 DEC4T 运动控 制板卡 控制软件EdiTasc 运动控制函数库 指令 状态 X轴细分 驱动器 Y轴细分 驱动器 X轴 电动机 Y轴 电动机 X－Y 双坐标 运动平台 (上接第128页) 问题16　电动机和变频器之间的距离较远时应采取哪些 措施？ 由于变频器输出电压是高频脉冲电压，当电动机和变频 器之间的距离较远时，线间的分布电容和电动机的漏磁电感 之间有可能因接近于谐振点而导致电动机的输入电压偏高， 从而使电动机的槽绝缘容易损坏，或运行时发生振动。 解决的办法，是在变频器的输出侧接入输出电抗器。 如电动机的容量较小，与变频器的距离又并不很远时， 则将变频器的三根输出线按同方向一起绕制在高频磁心上就 可以了，如图13所示。EA (收稿日期：2005.01.10) 图13 输出线绕在高频磁心上 R S T U V W U F M