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变频器中常用的控制方式 1,非智能控制方式 在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等 1V/f控制 V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性,基于在改变电源频率进行调速的同时,又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的,通用型变频器基本上都采用这种控制方式V/f控制变频器结构非常简单,但是这种变频器采用开环控制方式,不能达到较高的控制性能,而且,在低频时,必须进行转矩补偿,以改变低频转矩特性 2转差频率控制 转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式,它是在V/f控制的基础上,按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率,并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率,就可以使电动机具有对应的输出转矩这种控制方式,在控制系统中需要__速度传感器,有时还加有电流反馈,对频率和电流进行控制,因此,这是一种闭环控制方式,可以使变频器具有良好的稳定性,并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性 3矢量控制 矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位,以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制,进而达到控制电动机转矩的目的通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间,又可以形成各种PWM波,达到各种不同的控制目的例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种 基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致,但是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制,使之满足一定的条件,以消除转矩电流过渡过程中的波动因此,基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式在输出特性方面能得到很大的改善但是,这种控制方式属于闭环控制方式,需要在电动机上__速度传感器,因此,应用范围受到限制 无速度传感器矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩电流进行控制,然后通过控制电动机定子绕组上的电压、电流辨识转速以达到控制励磁电流和转矩电流的目的这种控制方式调速范围宽,启动转矩大,工作可靠,操作方便,但计算比较复杂,一般需要专门的处理器来进行计算,因此,实时性不是太理想,控制精度受到计算精度的影响 4直接转矩控制 直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念,在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩,通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的,因此省去了矢量控制等复杂的变换计算,系统直观、简洁,计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高即使在开环的状态下,也能输出100%的额定转矩 5最优控制 最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同,可以根据最优控制的理论对某一个控制要求进行个别参数的最优化例如在高压变频器的控制应用中,就成功的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略,以实现一定条件下的电压最优波形 6其他非智能控制方式 在实际应用中,还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现,例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环流控制、频率控制等变频器控制方式 低压通用变频输出电压为380~650V,输出功率为
0.75~400kW,工作频率为0~400Hz,它的主电路都采用交直交电路其控制方式经历了以下四代 1U/f=C的正弦脉宽调制(SPWM)控制方式 其特点是控制电路结构简单、成本较低,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求,已在产业的各个领域得到广泛应用但是,这种控制方式在低频时,由于输出电压较低,转矩受定子电阻压降的影响比较显著,使输出最大转矩减小另外,其机械特性终究没有直流电动机硬,动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意,且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化,转矩响应慢、电机转矩利用率不高,低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降,稳定性变差等因此人们又研究出矢量控制变频调速 2电压空间矢量(SVPWM)控制方式 它是以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,一次生成三相调制波形,以内切多边形逼近圆的方式进行控制的经实践使用后又有所改进,即引入频率补偿,能消除速度控制的误差;通过反馈估算磁链幅值,消除低速时定子电阻的影响;将输出电压、电流闭环,以提高动态的精度和稳定度但控制电路环节较多,且没有引入转矩的调节,所以系统性能没有得到根本改善 3矢量控制(VC)方式 矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相-二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1,再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im
1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流;It1相当于与转矩成正比的电枢电流),然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度,磁场两个分量进行__控制通过控制转子磁链,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制矢量控制方法的提出具有划时代的意义然而在实际应用中,由于转子磁链难以准确观测,系统特性受电动机参数的影响较大,且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂,使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果4直接转矩控制(DTC)方式 1985年,德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足,并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展目前,该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上 直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩它不需要将交流电动机等效为直流电动机,因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制,也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型 5矩阵式交—交控制方式 VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交-直-交变频中的一种其共同缺点是输入功率因数低,谐波电流大,直流电路需要大的储能电容,再生能量又不能反馈回电网,即不能进行四象限运行为此,矩阵式交-交变频应运而生由于矩阵式交-交变频省去了中间直流环节,从而省去了体积大、__贵的电解电容它能实现功率因数为l,输入电流为正弦且能四象限运行,系统的功率密度大该技术目前虽尚未成熟,但仍吸引着众多的学者深入研究其实质不是间接的控制电流、磁链等量,而是把转矩直接作为被控制量来实现的具体方法是 ——控制定子磁链引入定子磁链观测器,实现无速度传感器方式; ——自动识别(ID)依靠精确的电机数学模型,对电机参数自动识别; ——算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制; ——实现BandBand控制按磁链和转矩的Band-Band控制产生PWM__,对逆变器开关状态进行控制 矩阵式交交变频具有快速的转矩响应(2ms),很高的速度精度(±2%,无PG反馈),高转矩精度(+3%);同时还具有较高的起动转矩及高转矩精度,尤其在低速时(包括0速度时),可输出150%~200%转矩变频器控制方式的合理选用
3、变频器控制方式的合理选用 控制方式是决定变频器使用性能的关键所在目前市场上低压通用变频器品牌很多,包括欧、美、日及国产的共约50多种选用变频器时不要认为档次越高越好,而要按负载的特性,以满足使用要求为准,以便做到量才使用、经济实惠表1中所列参数供选用时参考
4、转矩控制型变频器的选型及相关问题.....25 基于调速方便、节能、运行可靠的优点,变频调速器已逐渐替代传统的变极调速、电磁调速和调压调速方式在推出PWM磁通矢量控制的变频器数年后, 1998年末又出现采用DTC控制技术的变频器ABB公司的ACS600系列是第 一代采用DTC技术的变频器,它能够用开环方式对转速和转矩进行准确控制,而且动态和静态指标已优于PWM闭环控制指标 直接转矩控制以测量电机电流和直流电压作为自适应电机模型的输入该模型每隔25μs产生一组精确的转矩和磁通实际值,转矩比较器和磁通比较器将转矩和磁通的实际值与转矩和磁通的给定值进行比较,以确定最佳开关位置由此可以看出它是通过对转矩和磁通的测量,即刻调整逆变电路的开关状态,进而调整电机的转矩和磁通,以达到精确控制的目的
4.1选型原则首先要根据机械对转速最高、最低和转矩起动、连续及过载的要求,确 定机械要求的最大输入功率即电机的额定功率最小值有经验公式 P=nT/9950kW式中P——机械要求的输入功率kW;n——机械转速r/min;T——机械的最大转矩N·m然后,选择电机的极数和额定功率电机的极数决定了同步转速,要求电机的同步转速尽可能地覆盖整个调速范围,使连续负载容量高一些为了充分利用设备潜能,避免浪费,可允许电机短时超出同步转速,但必须小于电机允许的最大转速转矩取设备在起动、连续运行、过载或最高转速等状态下的最大转矩最后,根据变频器输出功率和额定电流稍大于电机的功率和额定电流的原则来确定变频器的参数与型号 需要注意的是,变频器的额定容量及参数是针对一定的海拔高度和环境温度 而标出的,一般指海拔1000m以下,温度在40℃或25℃以下若使用环境超出该规定,则在确定变频器参数、型号时要考虑到环境造成的降容因素
4.2变频器的外部配置及应注意的问题 1选择合适的外部熔断器,以避免因内部短路对整流器件的损坏变频器的型号确定后,若变频器内部整流电路前没有保护硅器件的快速熔断器,变频器与电源之间应配置符合要求的熔断器和隔离开关,不能用空气断路器代替熔断器和隔离开关 2选择变频器的引入和引出电缆根据变频器的功率选择导线截面合适的三芯或四芯屏蔽动力电缆尤其是从变频器到电机之间的动力电缆一定要选用屏蔽结构的电缆,且要尽可能短,这样可降低电磁辐射和容性漏电流当电缆长度超过变频器所允许的输出电缆长度时,电缆的杂散电容将影响变频器的正常工作,为此要配置输出电抗器对于控制电缆,尤其是I/0__电缆也要用屏蔽结构的对于变频器的__元件与变频器之间的连接电缆其长度不得超过10m 3在输入侧装交流电抗器或EMC滤波器根据变频器__场所的其它设备对电网品质的要求,若变频器工作时已影响到这些设备的正常运行,可在变频器输入侧装交流电抗器或EMC滤波器,抑制由功率器件通断引起的电磁干扰若与变频器连接的电网的变压器中性点不接地,则不能选用EMC滤波器当变频器用500V以上电压驱动电机时,需在输出侧配置du/dt滤波器,以抑制逆变输出电压尖峰和电压的变化,有利于保护电机,同时也降低了容性漏电流和电机电缆的高频辐射,以及电机的高频损耗和轴承电流使用du/dt滤波器时要注意滤波器上的电压降将引起电机转矩的稍微降低;变频器与滤波器之间电缆长度不得超过3m
1、引言 变频调速技术是现代电力传动技术重要发展的方向,随着电力电子技术的发展方向,随着电力电子技术的发展,交流变频技术从理论到实际逐渐走向成熟变频器不仅调速平滑,范围大,效率高,启动电流小,运行平稳,而且节能效果明显因此,交流变频调速已逐渐取代了过去的传统滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统,越来越广泛的应用于冶金、纺织、印染、烟机生产线及楼宇、供水等领域但是由于受到环境,使用年限以及人为操作等因素,影响变频器的使用寿命大为降低,同时使用中也出现了各种各样的故障下面我们就变频器的组成与常见故障及对策和大家一起探讨变频器构成一般分为整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路等几大部分
2、整流电路 整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源整流电路一般都是单独的一块整流模块,但不少整流电路与逆变电路二者合一的模块如富士7MBI系列 整流模块损坏是变频器常见故障,在静态中通过万用表电阻挡正反向的测量来判断整流模块是否损坏,当然我们还可以用耐压表来测试 有的品牌变频器整流电路,上半桥为可控硅,下半桥为二极管如大功率的丹佛斯、台达等判断可控硅好坏的简易方法,可在控制极加上直流电压10V左右看它正向能否导通这样基本大致能判断出可控硅的好坏 另外,富士变频器G9SP9S11kw以下的整流模块的特点为该模块集中五种功能整流,预充电可控硅,制动管,电源开关管,热敏电阻如CVM40CD120整流模块引脚及功能的名称,供同行参考 整流R、S、T、A+N--充电可控硅A
1、P
1、G+n触发 制动管DB、N_、G7触发DB1B+是其续流二极管电源开关管D
8、S
8、G8 热敏电阻Th1Th2G9SP9S15kw~22kw,整流模块为VM100BB160它的功能除整流外 还有预充电可控硅功率在30kw以上的为整流模块单一整流功能功率75kw 以上为多组并联整流模块
3、平波电路 平波电路在整流器、整流后的直流电压中含有电源6倍频率脉动电压,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,一般通用变频器电源直流部分对主电路构成器件有余量,省去电感而采用简单电容滤波平波电路 对滤波电容进行容量与耐压的测试,我们还可以观察电容上的安全阀是否爆开有没有漏液现象来判断的它的好坏
4、控制电路 现代变频调速基本系用16位、32位单片机或DSP为控制核心,从而实现全数字化控制 变频器是输出电压频率可调的调速装置提供控制__的回路称为主控制电路,控制电路由以下电路构成频率、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”运算电路的控制__进放大的“驱动电路”以及逆变器和电动机的“保护电路”,但实际使用变频器时,其维护工作也比较复杂这里就变频器控制电路故障__产生原因提供以下一些处理方 法 常用变频器在使用中,是否能满足传动系统要求,变频器参数设置尤为重要设置不正确会导致变频器__而不能正常工作
5、参数设置 变频器出厂时,厂家对每个参数都预设一个值这些参数叫出厂缺省值一般缺省值并不能满足大多数传动系统的要求所以用户在正确使用变频器之前,要求对变频器参数做如下设置 确认电机参数设定电机的功率、电流、电压、转速、最大频率这些参数可以从电机铭牌中直接得到变频器采取的控制方式,即速度控制、转拒控制、PID或其它方式选定控 制方式后,一般要根据控制精度需要进行静态或动态辨别 设定变频器的启动方式,一般变频器在出厂时设定从面板启动,用户可以根据实际情况选择启动方式可以用面板、外部端子、通讯方式等几种 给定__的选择,一般变频器的频率给定也可以有多种方式面板给定、外部给定、外部电压或电流给定、通讯方式给定当然对于变频给定也可以是这几种方式的一种或几种方式之和,正确设置以上参数后,变频器基本能正常工作,如要获得更好的控制效果则只能根据实际情况修改相关参数一旦发生参数设置鼓掌,可根据说明书进行修改参数.如果不行可数据初始化,恢复缺省值.然后按上述步骤重新设置,对于不同品牌的变频器其参数恢复出厂值方式也不同
6、逆变电路 逆变电路同整流电路相反,逆变电路是将直流电压变换为所要频率的交流电压,以所确定的时间使上桥5个,下桥6个功率开关器件导通和关断从而可以在输出端U、V、W三相上得到相位互相差2/3∏的三相交流电压 逆变电路通常指的就是IGBT逆变模块早期生产的变频器为GTR等功率模块IGBT模块损坏也是变频器常见的故障对于IGBT模块,我们介绍最简单的测量方法专业不是这样测量用指针万用表电阻10k档表棒去触发GwEw 黑笔碰Gw,红笔碰Ew则P到W可导通当GwEw短路,P到W则关闭,其它各管引脚同理 测量耐压值可用晶体管参数测试仪,但是要短接触发端G-E才能测C-E的耐压值IGBT模块损坏,大多情况下会损坏驱动元器件最容易损坏的器件是稳压管及光耦反过来如驱动电路的元件有问题如电容漏液、击穿、光耦老化,也会导致IGBT模块烧坏或变频输出电压不平衡检查驱动电路是否有问题,可在没通电时比较一下各路触发端电阻是否一致通电开机可测量触发端的电压波形但是有的变频器不装模块开不了机,这时在模块P端串入假负载防止检查时误碰触发端或其他线路引起烧坏模块 结束语 变频器的科技含量较高,是强电与弱电相结合的,因此其故障多种多样我们只能从实践中不断的总结、探索出一套快速有效处理变频器故障的办法以上 只是本人在实践中的一点心得希望与大家共同讨论,同时我们也希望更好的为广大____变频器参数功能及设置浅谈
1、引言 随着电力电子技术和自动化技术的不断进步和发展,各类低压变频器的性能也越来越先进,无论是在温升、体积、噪声还是功能、输出特性等方面都有了很大的进步随之变频器的各项参数也越来越多,参数值的设置也越来越复杂而且很多参数都是相互关联、相互影响的,必须要对各参数项的功能特性完全了解并综合考虑、计算,才能完成正确的设置同时,许多参数和实际使用情况有很大关系,这就要求技术人员对整个控制系统非常熟悉,才能保证变频器正常、高效的应用
2、频率范围设定 1最高频率FUN04是变频器所能输出的最高频率设定最高频率时,要当心不要超过电机所能承受的最高频率最高频率一般设定为电机的额定频率 2转折频率FUN05是变频器开始输出额定电压的最低频率从转折频率起输出电压保持不变可在最高频率范围内设定 3起始频率FUN06是变频器开始输出电压的最低频率最高频率、转折频率、起始频率三者之间的关系如图1所示 图1最高频率、转折频率、起始频率三者之间的关系 4上、下限频率FUN
26、27是用来限制运行频率,将运行频率限制在变频器控制方式 低压通用变频输出电压为380~650V,输出功率为
0.75~400kW,工作频率为0~400Hz,它的主电路都采用交直交电路其控制方式经历了以下四代 1U/f=C的正弦脉宽调制(SPWM)控制方式 其特点是控制电路结构简单、成本较低,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求,已在产业的各个领域得到广泛应用但是,这种控制方式在低频时,由于输出电压较低,转矩受定子电阻压降的影响比较显著,使输出最大转矩减小另外,其机械特性终究没有直流电动机硬,动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意,且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化,转矩响应慢、电机转矩利用率不高,低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降,稳定性变差等因此人们又研究出矢量控制变频调速 2电压空间矢量(SVPWM)控制方式 它是以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,一次生成三相调制波形,以内切多边形逼近圆的方式进行控制的经实践使用后又有所改进,即引入频率补偿,能消除速度控制的误差;通过反馈估算磁链幅值,消除低速时定子电阻的影响;将输出电压、电流闭环,以提高动态的精度和稳定度但控制电路环节较多,且没有引入转矩的调节,所以系统性能没有得到根本改善 3矢量控制(VC)方式 矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相-二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1,再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im
1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流;It1相当于与转矩成正比的电枢电流),然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度,磁场两个分量进行__控制通过控制转子磁链,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制矢量控制方法的提出具有划时代的意义然而在实际应用中,由于转子磁链难以准确观测,系统特性受电动机参数的影响较大,且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂,使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果4直接转矩控制(DTC)方式 1985年,德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足,并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展目前,该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上 直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩它不需要将交流电动机等效为直流电动机,因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制,也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型 5矩阵式交—交控制方式 VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交-直-交变频中的一种其共同缺点是输入功率因数低,谐波电流大,直流电路需要大的储能电容,再生能量又不能反馈回电网,即不能进行四象限运行为此,矩阵式交-交变频应运而生由于矩阵式交-交变频省去了中间直流环节,从而省去了体积大、__贵的电解电容它能实现功率因数为l,输入电流为正弦且能四象限运行,系统的功率密度大该技术目前虽尚未成熟,但仍吸引着众多的学者深入研究其实质不是间接的控制电流、磁链等量,而是把转矩直接作为被控制量来实现的具体方法是 ——控制定子磁链引入定子磁链观测器,实现无速度传感器方式; ——自动识别(ID)依靠精确的电机数学模型,对电机参数自动识别; ——算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制; ——实现BandBand控制按磁链和转矩的Band-Band控制产生PWM__,对逆变器开关状态进行控制 矩阵式交交变频具有快速的转矩响应(2ms),很高的速度精度(±2%,无PG反馈),高转矩精度(+3%);同时还具有较高的起动转矩及高转矩精度,尤其在低速时(包括0速度时),可输出150%~200%转矩。