變頻調(diào)速的基本原理(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 出區(qū)域按某一規(guī)則在變頻器的輸出電壓上加上一定的補(bǔ)償，達(dá)到提高輸出轉(zhuǎn)矩的目的。而具有全范圍轉(zhuǎn)矩自動(dòng)增強(qiáng)功能的變頻器中，電壓補(bǔ)償是在電動(dòng)機(jī)的整個(gè)運(yùn)行范圍中進(jìn)行的：采用這種控制方式的變頻器的性能接近于 U/f控制的變頻器，新系列 v/f控制的變頻器大多具有這種功能。 綜上所述，對(duì)電動(dòng)機(jī)供電的變頻器 _般要求兼有調(diào)壓和調(diào)頻功能，通常將這種變頻器稱為變頻變壓 (VVVF)型變頻器。 (3)脈沖寬度調(diào)制 (PWM)技術(shù) 實(shí)現(xiàn)變頻變壓的方法有種 ,目前應(yīng)用較多的是脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，簡(jiǎn)稱 PWM技術(shù)。 PWM技術(shù)是指在保持整流得到的直流電壓大小不變的條件下，在改變輸出頻率的同時(shí)．通過改變輸出脈沖的寬度 (或用占空比表示 )，達(dá)到改變等效輸出電壓的一種方法。 PWM的輸出電壓基本波形如下圖所示。 在半個(gè)周期內(nèi)，輸出 電壓平均值的大小由半 周中輸出脈沖的總寬度決定。在半周中保持脈沖寬度不變而改變脈沖個(gè)數(shù)，或保持脈沖個(gè)數(shù)不變而改變脈沖寬度，均可改變半周內(nèi)輸出電壓的平均值，從而達(dá)到改變輸出電壓有效值的目的。 PWM輸出電壓基本波形 PWM輸出電壓的波形是非正弦波，用于驅(qū)動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)性能較差。如果使整個(gè)半周內(nèi)脈沖寬度按正弦規(guī)律變化，即使脈沖寬度先逐步增大，然后再逐漸減小，則輸出電壓也會(huì)按正弦規(guī)律變化。這就是目前工程實(shí)際中應(yīng)用最多的正弦 PWM法，簡(jiǎn)稱 SPWM如下圖所示。 在每半個(gè)周期內(nèi)輸出若干個(gè)寬度不同的矩形脈沖波，每一矩形波的面積近似對(duì)應(yīng)正弦波各相應(yīng)局部波形下的面積，則輸出電壓可近似認(rèn)為與正弦波等效。如將一個(gè)正弦波的正半周劃分為 12等分，每一份正弦波下的面積可用一個(gè)與該面積近似相等的矩形脈沖來代替，則這 12個(gè)等幅不等寬的矩形脈沖的面積之和與正弦波所包圍的面積等效。 SPWM的原理 3變頻器的功能 下面以通用變頻器為例，按用途將變頻器的主要功能進(jìn)行分類并加以簡(jiǎn)要介紹。 (1)系統(tǒng)所具有的功能 1)全范圍轉(zhuǎn)矩自動(dòng)增強(qiáng)功能 由于電動(dòng)機(jī)繞組中阻抗的作用，采用 V／ f控制的變頻器在電動(dòng)機(jī)的低速運(yùn)行區(qū)域?qū)⒊霈F(xiàn)轉(zhuǎn)矩不足的情況。為提高系統(tǒng)的性能，具有全范圍轉(zhuǎn)矩自動(dòng)增強(qiáng)功能的變頻器在電動(dòng)機(jī)的加速、減速和正常運(yùn)行的所有區(qū)域中可以根據(jù)負(fù)載情況自動(dòng)調(diào)節(jié) v/ f值，對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)償。 2)防失速功能 變頻器的防失速功能包括加速過程的防失速功能、恒速運(yùn)行過程中的防失速功能和減速過程的防失速功能三種。 加速過程和恒速運(yùn)行過程中的防失速功能的基本作用是：當(dāng)電動(dòng)機(jī)由于加速過快或負(fù)載過大等原因出現(xiàn)過電流現(xiàn)象時(shí)，變頻器將自動(dòng)降低輸出頻率，以避免出現(xiàn)變頻器因過電流保護(hù)電路動(dòng)作而停止工作。 對(duì)于電壓形變頻器，在電動(dòng)機(jī)的減速過程中回饋能量將使變頻器的直流中間電路的電壓上升，可能會(huì)出現(xiàn)過電壓保護(hù)電路動(dòng)作而使變頻器停止工作的情況。 減速過程的防失速功能的基本作用是：在過電壓保護(hù)電路動(dòng)作之前暫停降低變頻器的輸出頻率或減小輸出頻率的降低速率，達(dá)到防止失速的目的。 3)過轉(zhuǎn)矩限定運(yùn)行功能 過轉(zhuǎn)矩限定運(yùn)行功能的作用是對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行保護(hù)并保證運(yùn)行的連續(xù)性。利用該功能可以對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩極限值進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到該設(shè)定值時(shí)，變頻器停止工作并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 4)自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行功能變頻器能自動(dòng)選擇工作參數(shù)，使電動(dòng)機(jī)在滿足負(fù)載轉(zhuǎn)矩要求的隋況下以最小電流運(yùn)行。 5)自動(dòng)電壓調(diào)整功能當(dāng)電源電壓下降時(shí)，使用自動(dòng)電壓調(diào)整功能可以維持電動(dòng)機(jī)的高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 6)通過外部信號(hào)對(duì)變頻器進(jìn)行啟停控制的功能變頻器通常都具有通過外部信號(hào)控制變頻器啟停的功能。 7)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)顯示功能 運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)顯示功能主要用于檢測(cè)變頻器的工作狀態(tài)，使操作者及時(shí)了解變頻器的工作狀態(tài)這些功能的名稱和內(nèi)容見下表： (2)頻率設(shè)定功能 1)給定頻率的設(shè)定方法 與給定信號(hào)對(duì)應(yīng)的變頻器的工作頻率稱為給定頻率，通用變頻器給定頻率的設(shè)定通常采用以下三種方法： ①面板給定 利用操作面板上的數(shù)字增加鍵和數(shù)字減少鍵進(jìn)行頻率的數(shù)字量給定或調(diào)整。早期的變頻器無鍵盤，利用面板上的電位器進(jìn)行模擬量給定和調(diào)整。 ②預(yù)置給定 通過程序預(yù)置的方法預(yù)置給定頻率。啟動(dòng)時(shí)，按運(yùn)行健，變頻器即自行升速到預(yù)置的給定頻率為止。 ③外接給定 從控制接線端上，引入外部的電壓或電流信號(hào)進(jìn)行頻率給定，這種方法常用于遠(yuǎn)程控制的情況。所有的變頻器都為用戶提供了可以外接給定控制信號(hào)的輸入端。下面“ VT210S系列變頻器為例，說明其接線情況。 VT210S系列變頻器的外接給定信號(hào)接線如下圖所示：外接給定信號(hào)有電壓信號(hào)和電流信號(hào)兩種，外接給定電壓信號(hào)又有兩種給定方法：一種是直接輸入電壓信號(hào)，通常用于和計(jì)算機(jī)、PLC或與其他設(shè)備配用的情況，此時(shí)電壓信號(hào)接在 FSVCOM端子上；另一種是利用變頻器內(nèi)部提供的給定電壓信號(hào)，由外接電位器 RP取出給定信號(hào)。而當(dāng)外接給定信號(hào)為電流信號(hào)時(shí)，將外接信號(hào)線接到 FSICOM端子上。 VT210S變頻器的給定信號(hào)接線 2)基本頻率和最高頻率 ①基本頻率 fb 電動(dòng)機(jī)的額定頻率稱為變頻器的基本頻率。 ②最高頻率 fmax 當(dāng)頻率給定信號(hào)為最大時(shí)，變頻器的給定頻率稱為最高頻率。 3)上限頻率和下限頻率 上限頻率 fH 與下限頻率 fL是調(diào)速系統(tǒng)所要求的變頻器的工作范圍，根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)的工作需要進(jìn)行設(shè)定。設(shè)與 fH fL對(duì)應(yīng)的給定信號(hào)分別是 XH， XL ，則上限頻率的定義是：當(dāng) X XH時(shí)， fx= fH,下限頻率的定義是； X XL時(shí) fx = XL如下圖所示； 上限頻率與下限頻率 4)載波頻率 采用 PWM技術(shù)的變頻器的輸出電壓是一系列脈沖，輸出脈沖的頻率稱為變頻器的載波頻率。在電動(dòng)機(jī)的電流中，具有較強(qiáng)的載波頻率的諧波分量，它將引起電動(dòng)機(jī)鐵心的振動(dòng)而發(fā)出噪聲或?qū)ν豢刂茦袃?nèi)的其他設(shè)備造成干擾。為降低噪聲或干擾，用戶可在一定范圍內(nèi)調(diào)整載波頻率，但改變載波頻率往往會(huì)影響變頻器的特性。 5)點(diǎn)動(dòng)頻率生產(chǎn)機(jī)械在調(diào)試過程中，以及每次新的加工過程開始前 ,常需要點(diǎn)動(dòng)控制。變頻器可根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的特點(diǎn)和要求，預(yù)先一次性的設(shè)定一個(gè)甑動(dòng)頻率，每次點(diǎn)動(dòng)時(shí)都在該頻率下運(yùn)行，而不必變動(dòng)已經(jīng)設(shè)定好的給定頻率。 (3)升速時(shí)間與降速時(shí)間的設(shè)定功能 1)升速時(shí)間的設(shè)定 異步電動(dòng)機(jī)在額定頻率和電壓下直接啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流很大，使用變頻器后，由于其輸出頻率可以從根低時(shí)開始，頻率上升的快慢可以任意設(shè)定，從而可以有效地將啟動(dòng)電流限制在一定范闈內(nèi)。 不同的變頻器對(duì)升速時(shí)間的定義不太一致，一般分兩種情況：一種是工