变频调速基本原理及控制原理

变频调速基本原理及控制原理

1.基本原理目前使用较多的是“交一直一交变频，原理如图1所示，将50Hz交流整流为直流电Ud,再由三相逆变器将直流逆变为频率可调的三相交流供给鼠笼机电实现变频调速2,控制原理变频调速装置主电路（见图2）由空气开关QFL交流接触器KM1和变频器VF组成，由安装在配电柜面板上的转换开关SA,复位开关SB；或者安装在现场防爆操作柱上启动按钮SB和住手按钮SB2控制VF的运行⑴启动VF时必须先合上QF1和QF2,使SA置于启动位置，KM1便带动电触点闭合，来电显示灯HL2亮；此时按下SB,也可以按下现场SB1使KA1带电触点闭合，VF投入运行同时运行指示灯HL3亮⑵需要住手VF时，按下SB2使KA1失电，VF住手运行，此时HL3灭；置SA于住手位置，KM1断开同时HL1亮表示停机⑶如果在运行过程中VF有故障FLA、FLC端口将短接，KA2带电，KM带电其触点断开，同时故障指示灯HL3亮并报警由于工艺条件复杂，实际运行过程中有多方面不确定因素，为安全其见，每台变频器均加有一旁路接触器KM2；如果KM1或者VF发生故障时保证机电仍能变频运行变频调速实行闭环负反馈自动控制即由仪表装置供给变频器IV和CC端口420MA〜电信号，靠信号大小改变来控制VF频率高低变化达到调节电动机转速和输出功率的目的，使泵流量和实际工艺需求最佳匹配，实现仪表电气联合自动塞制体系

二、实际运用分析

1.变频调速实行工艺过程控制，由于生产流程和工艺条件的复杂性；不通过实践有些问题不被人们认识，惟独通过实践才干找出解决这此问题方法和途径在闭环控制回路中，变频器作用类似风开式调节阀，对于实用风关式调节阀控制回路需在变频器上设定最低下降频率，当仪表装置故障时变频器输出最低频率，保证机电运转，维持工艺流程最低安全量，不至于生产中断变频器下限频率设定必须通过实际测试，不能随意变动就拿P6101A脱丙烷塔进料泵来说，当时调试时当仪表信号4AM时，变频器输出频率10Hz,此时根本达不到工艺需要流量，通过仪表、电气专业人员多测试设定4MA信号输出23Hz能达到最低安全量，故23Hz便没定为法定下限参数，这样既可保证工艺安全运行又有27Hz的频率调节范围彻底达到变频调节目的

2.机泵有多条支路情况是变频调速闭环控制难点这里考虑因素不少，情况也千差万别，选定控制方案要进行缜密分析和细致比较，否则会造成项目失败普通情况下多条支路流量压力差别较大时，选择流量大或者压力高的支路作为调节参数，控制变频器，其它支路采用调节阀，当量上的支路控制参数发生变化或者扰动所需调节量很小，不致于对量的支路造成影响，而量大的支路，控制参数变化所需的调节量，能满足小支路的调节，最终达到平衡

3.所有变频器均安装在配电柜机，安全起见，均加有旁路接触器KM2,当变频调速装置浮现故障时，机电可以自动切换到旁路正常运行，这一点是很重要的，因为变频器的许多操作情况我们不很熟悉一旦出故障便失去调节手段在二联合刚投产时就浮现过这种情况，丙烯精储塔回流泵P6107A回路变频器试运行时有点问题，一时找不出原因，为不耽误工期，惟独先打到旁路试运行此外,调节阀也不能随意取销，装置开工或者新装置投产时调节阀的作用是变频器取代不了的二.变频器基本参数的调试变频器功能参数不少，普通都有数十甚至上百个参数供用户选择实际应用中,没必要对每一参数都进行设置和调试，多数只要采用出厂设定值即可一加减速时间加速时间就是输出频率从0上升到最大频率所需时间，减速时间是指从最大频率下降到0所需时间通常用频率设定信号上升、下降来确定加减速时间在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流，减速时则限制下降率以防止过电压加速时间设定要求将加速电流限制在变频器过电流容量以下，不使过流失速而引起变频器跳闸；减速时间设定要点是防止平滑电路电压过大，不使再生过压失速而使变频器跳闸加减速时间可根据负载计算出来，但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间，通过起、停电动机观察有无过电流、过电压报警；然后将加减速设定时间逐渐缩短，以运转中不发生报警为原则，重复操作几次，便可确定出最佳加减速时间二转矩提升又叫转矩补偿，是为补偿因电动机定子绕组电阻所引起的低速时转矩降低，而把低频率范围f/v增大的方法设定为自动时，可使加速时的电压自动提升以补偿起动转矩，使电动机加速顺利进行如采用手动补偿时，根据负载特性，特别是负载的起动特性，通过试验可选出较佳曲线对于变转矩负载，如选择不当会浮现低速时的输出电压过高，而浪费电能的现象，甚至还会浮现电动机带负载起动时电流大，而转速上不去的现象三电子热过载保护本功能为保护电动机过热而设置，它是变频器内CPU根据运转电流值和频率计算出电动机的温升，从而进行过热保护本功能只合用于“一拖一”场合，而在“一拖多”时则应在各台电动机上加装热继电器电子热保护设定值%二［电动机额定电流A/变频器额定输出电流A]X100%o四频率限制即变频器输出频率的上、下限幅值频率限制是为防止误操作或者外接频率设定信号源出故障，而引起输出频率的过高或者过低，以防损坏设备的一种保护功能在应用中按实际情况设定即可此功能还可作限速使用，如有的皮带输送机，由于输送物料不太多，为减少机械和皮带的磨损，可采用变频器驱动，并将变频器上限频率设定为某一频率值，这样就可使皮带输送机运行在一个固定、较低的工作速度上五偏置频率有的又叫偏差频率或者频率偏差设定其用途是当频率由外部摹拟信号电压或者电流进行设定时，可用此功能调整频率设定信号最低时输出频率的高低，如图lo有的变频器当频率设定信号为0%时，偏差值可作用在O^fmax范围内，有的变频器如明电舍、三垦还可对偏置极性进行设定如在调试中当频率设定信号为0%时，变频器输出频率不为0Hz,而为xHz,则此时将偏置频率设定为负的xHz即可使变频器输出频率为OHzo六频率设定信号增益此功能仅在用外部摹拟信号设定频率时才有效它是用来弥补外部设定信号电压与变频器内电压+10v的不一致问题；同时方便摹拟设定信号电压的选择，设定时，当摹拟输入信号为最大时如10v5v或者20mA,求出可输出f/V图形的频率百分数并以此为参数进行设定即可；如外部设定信号为0~5V时，若变频器输出频率为050Hz,则将增益信号设定为200%即可〜七转矩限制可分为驱动转矩限制和制动转矩限制两种它是根据变频器输出电压和电流值，经CPU进行转矩计算，其可对加减速和恒速运行时的冲击负载恢复特性有显著改善转矩限制功能可实现自动加速和减速控制假设加减速时间小于负载惯量时间时，也能保证电动机按照转矩设定值自动加速和减速驱动转矩功能提供了强大的起动转矩，在稳态运转时，转矩功能将控制电动机转差，而将电动机转矩限制在最大设定值内，当负载转矩蓦地增大时，甚至在加速时间设定过短时，也不会引起变频器跳闸在加速时间设定过短时，电动机转矩也不会超过最大设定值驱动转矩大对起动有利，以设置为80^100%较妥制动转矩设定数值越小，其制动力越大，适合急加减速的场合，如制动转矩设定数值设置过大会浮现过压报警现象如制动转矩设定为0%,可使加到主电容器的再生总量接近于0,从而使电动机在减速时，不使用制动电阻也能减速至停转而不会跳闸但在有的负载上，如制动转矩设定为0%时，减速时会浮现短暂空转现象，造成变频器反复起动，电流大幅度波动，严重时会使变频器跳闸，应引起注意八加减速模式选择又叫加减速曲线选择普通变频器有线性、非线性和S三种曲线，通常大多选择线性曲线；非线性曲线合用于变转矩负载，如风机等；s曲线合用于恒转矩负载，其加减速变化较为缓慢设定时可根据负载转矩特性，选择相应曲线，但也有例外，笔者在调试一台锅炉引风机的变频器时，先将加减速曲线选择非线性曲线，一起动运转变频器就跳闸，调整改变许多参数无效果，后改为S曲线后就正常了究其原因是起动前引风机由于烟道烟气流动而自行转动，且反转而成为负向负载，这样选取了S曲线，使刚起动时的频率上升速度较慢，从而避免了变频器跳闸的发生，固然这是针对没有起动直流制动功能的变频器所采用的方法九转矩矢量控制矢量控制是基于理论上认为异步电动机与直流电动机具有相同的转矩产生机理矢量控制方式就是将定子电流分解成规定的磁场电流和转矩电流，分别进行控制，同时将两者合成后的定子电流输出给电动机因此，从原理上可得到与直流电动机相同的控制性能采用转矩矢量控制功能，电动机在各种运行条件下都能输出最大转矩，特别是电动机在低速运行区域现在的变频器几乎都采用无反馈矢量控制，由于变频器能根据负载电流大小和相位进行转差补偿，使电动机具有很硬的力学特性，对于多数场合已能满足要求，不需在变频器的外部设置速度反馈电路这一功能的设定，可根据实际情况在有效和无效中选择一项即可与之有关的功能是转差补偿控制，其作用是为补偿由负载波动而引起的速度偏差，可加之对应于负载电流的转差频率这一功能主要用于定位控制十节能控制风机、水泵都属于减转矩负载，即随着转速的下降，负载转矩与转速的平方成比例减小，而具有节能控制功能的变频器设计有专用v/f模式，这种模式可改善电动机和变频器的效率，其可根据负载电流自动降低变频器输出电压，从而达到节能目的，可根据具体情况设置为有效或者无效要说明的是，

九、十这两个参数是很先进的，但有一些用户在设备改造中，根本无法启用这两个参数，即启用后变频器跳闸频繁，停用后一切正常究其原因有

（1）原用电动机参数与变频器要求配用的电动机参数相差太大

（2）对设定参数功能了解不够，如节能控制功能只能用于V/f控制方式中，不能用于矢量控制方式中

（3）启用了矢量控制方式，但没有进行电动机参数的手动设定和自动读取工作，或者读取方法不当这是我前段时间的贴子《西门子ECO变频器维修心得故障现象R、S、T三相输入短路，无显示故障分析与维修拆开机器就发现严重的短路现象，整流模块和IGBT模块爆裂，短路造成的黑色积炭喷得到处都是，主回路两个继电器也爆开，主控板暂时没有发现问题，但驱动部份烧了好几处，此外储能大电容一部份都已发涨，电容板上的两颗大螺丝接触处全部烧焦，这就是西门子ECO变频器的通病，因为所有电量都是要经过这两颗铁螺丝，一旦铁螺丝生锈，很容易引起电容的充放电不良，这样电容发热，漏电，发涨到最后损坏重要器件就不在话了，为了防止再次接触不良打火，在上螺丝同时最好焊上几股粗铜线，维修触发板时不知道参数的，可以从控制板上完好的器件与损坏相同的对照，修复该板的电压分别为-

4.7伏，-

4.44伏，更换损坏器件后，可以加电试验，试验步骤按主回路到控制空载，负载分别运行检查加电试验前为保证器件安全，防止再次损坏重要器件，大容量暂时不要装止，用两只小容量电容代替，为了保护IGBT,电容到IGBT的供电回路最好是串联白炽灯泡（也就是接个假负载），通电后如果显示正常，可以启动变频器，再测量6个触发脉冲，如果信号正常，可以去掉电容与IGBT之间的灯泡，装上大电容进行空载运行，正常后再接负载运行，经调试机器后普通恢复正常12:02|添加评论|阅读评论

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（一）

1.机电调速的类型通常，家用电器用得最多的是单相异步电动机，靠电容或者电阻来分相机电在工作时常处于短时重复状态（开/停），如空调、冰箱等这样势必带来起动频繁、噪声大、电机寿命短、温度稳定性差以及能耗高等一系列弊端变频调速技术的应用非但给这些家电产品带来功能的增加、性能的改善，而且具有明显的节能效果和降噪效果，同时使整机寿命较传统家电有明显提高异步机电调速有许多方法，如变极调速、变转差率调速和变频调速等前两种转差损耗大，效率低，对电机特性来说都有一定的局限性变频调速是通过改变定子电源的频率来改变同步频率实现机电调速的在调速的整个过程中，从高速到低速可以保持有限的转差率，于是具有高效、调速范围宽10100%和精度高等〜性能，节电效果可达到20^30%o变频调速有两种方法一是交一直一交变频，合用于高速小容量机电；二是交一交变频合用于低速大容量拖动系统变频空调器按照其室内风扇机电、室外风机及压缩机的类型，可分为3A和3D变频空调器对于室内、室外风机和变频压缩机均为交流AC形式的变频空调器，普通称之为3A变频空调器；而对于室内、室外风机和变频压缩机均为三相直流无刷机电DCBLM形式的变频空调器，普通称之为3D变频空调器后者价位远高于前者，仅物料成本就高于同功率的3A变频空调器近300元，而且开辟难度较大，空调系统和控制器的配合复杂度较高

2.变频调速的原理异步机电的转速n可以表示为公式中，为同步转速，Anl为转差损失的转速，p为磁极对数，sM2为转差率，f为电源的频率可见，改变电源频率就可以改变同步转速和机电转速频率的下降会导致磁通的增加，造成磁路饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热显然这是不允许的为此，要在降频的同时还要降压这就要求频率与电压协调控制此外，在许多场合，为了保持在调速时，电动机产生最大转矩不变，亦需要维持磁通不变，这亦由频率和电压协调控制来实现，故称为可变频率可变电压调速VVVF,简称变频调速实现变频调速的装置称为变频器变频器普通由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器MCU/DSP等部份组成首先将单相或者三相交流电源通过整流器并经电容滤波后，形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形在这里，通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速对U/f协调控制的要求PW的优点是能消除或者抑制低次谐波，使负载机电在近似正弦波的交变电压下运行，转矩脉冲小，调速范围宽

3.变频技术的发展方向1交流变频向直流变频方向转化直流变频是以数字转换电路代替交流变频中的交流转换电路，使负载机电始终处于最佳运行状态它摒弃了交流变频技术的交流一直流一交流一变转速方式交流机电的循环工作方式，采用先进的交流一直流一变转速方式数字机电的控制技术，无逆变环节，于是减少电流在工作中转变次数，使电能转化效率大大提高，能够实现精确控制，平稳肃静高效地运转同时，避免了交流变频电机电磁噪声较大的缺点，噪声更加低2控制技术由PWM脉宽调制向PAM脉幅调制方向发展采用PWM控制方式的机电转速受到上限转速的限制如对压缩机来讲，普通不超过7000r/min而采用PAM控o制方式的压缩机转速可提高L5倍摆布，这样大大提高了快速制冷和制热能力同时，由于PAM在调整电压时具有对电流波形的整形作用，于是可以获得比P恤更高的效率此外，在抗干扰方面也有着PWM无法比拟的优越性,可抑制高次谐波的生成，减小对电网的污染3功率器件向高集成智能功率模块发展虽然单个功率器件的效率越来越高，控制简化，但电的复杂性给生产和测试带来不便智能功率模块IPM是将功率器件的配置、散热乃至驱动问题在模块中解决，于是易于使用，可靠性高以变频空调为例，我国的变频空调几乎100%采用IPM方式近年来带驱动和保护电路的智能功率模块IPM相继面市IPM是将三相逆变IGBT、驱动电路以及保护电路集成在一块芯片上它的浮现推动了变频家电市场的启动和发展新型IPM模块甚至将开关电源也设计在模块内，更加方便用户使用，用户只需要了解接口电路和定义，很快可以组成运行系统.。