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德國REXROTH力士樂變頻器基本原理及選用
2019-5-16 閱讀(1763)
變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應用變頻技術與微電子技術,，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備,。
變頻器主要由整流（交流變直流）,、濾波,、逆變（直流變交流）、制動單元,、驅(qū)動單元,、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率,，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓,，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的,，另外,，變頻器還有很多的保護功能，如過流,、過壓,、過載保護等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高,，變頻器也得到了非常廣泛的應用,。
德國REXROTH力士樂變頻器工作原理
概述
主電路是給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類 ：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器,，直流回路的濾波是電容,。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感,。它由三部分構(gòu)成,，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路
整流器
大量使用的是二極管的變流器,，它把工頻電源變換為直流電源,。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆,，可以進行再生運轉(zhuǎn),。
平波回路
在整流器整流后的直流電壓中,，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動,。為了抑制電壓波動,，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）,。裝置容量小時,，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路,。
逆變器
同整流器相反,，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關器件導通,、關斷就可以得到3相交流輸出,。以電壓型pwm逆變器為例示出開關時間和電壓波形。
控制電路是給異步電動機供電（電壓,、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路,，它有頻率、電壓的“運算電路”,，主電路的“電壓,、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”,，將運算電路的控制信號進行放大的“驅(qū)動電路”,，以及逆變器和電動機的“保護電路”組成。
（1）運算電路：將外部的速度,、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流,、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓,、頻率,。
（2）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓,、電流等,。
（3）驅(qū)動電路：驅(qū)動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導通,、關斷,。
（4）速度檢測電路:以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器(tg、plg等)的信號為速度信號,，送入運算回路,，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。
（5）保護電路：檢測主電路的電壓,、電流等,，當發(fā)生過載或過電壓等異常時,，為了防止逆變器和異步電動機損壞
變頻節(jié)能
變頻不是到處可以省電，有不少場合用變頻并不一定能省電,。 作為電子電路,，變頻器本身也要耗電（約額定功率的3-5%）。一臺1.5匹的空調(diào)自身耗電算下來也有20-30W,相當于一盞長明燈. 變頻器在工頻下運行,，具有節(jié)電功能,，是事實。但是他的前提條件是：
,、大功率并且為風機/泵類負載,；
第二、裝置本身具有節(jié)電功能（軟件支持）,；
這是體現(xiàn)節(jié)電效果的三個條件,。除此之外，無所謂節(jié)不節(jié)電,，沒有什么意義,。如果不加前提條件的說變頻器工頻運行節(jié)能，就是夸大或是商業(yè)炒作,。知道了原委,，你會巧妙的利用他為你服務。一定要注意使用場合和使用條件才好正確應用,，否則就是盲從,、輕信而“受騙上當”。
功率因數(shù)補償節(jié)能
無功功率不但增加線損和設備的發(fā)熱,，更主要的是功率因數(shù)的降低導致電網(wǎng)有功功率的降低,，大量的無功電能消耗在線路當中，設備使用效率低下,，浪費嚴重,，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用,，從而減少了無功損耗,，增加了電網(wǎng)的有功功率。
軟啟動節(jié)能
1：電機硬啟動對電網(wǎng)造成嚴重的沖擊,，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高,，啟動時產(chǎn)生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設備,、管路的使用壽命極為不利,。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始,，大值也不超過額定電流,，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求,，延長了設備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設備的維護費用,。
2：從理論上講,，變頻器可以用在所有帶有電動機的機械設備中，電動機在啟動時,，電流會比額定高5-6倍的,，不但會影響電機的使用壽命而且消耗較多的電量.系統(tǒng)在設計時在電機選型上會留有一定的余量，電機的速度是固定不變,，但在實際使用過程中,，有時要以較低或者較高的速度運行,，因此進行變頻改造是非常有必要的,。變頻器可實現(xiàn)電機軟啟動、補償功率因素
德國REXROTH力士樂變頻器基本組成
變頻器通常分為4部分：整流單元,、高容量電容,、逆變器和控制器。
整流單元：將工作頻率固定的交流電轉(zhuǎn)換為直流電,。
高容量電容：存儲轉(zhuǎn)換后的電能,。
逆變器：由大功率開關晶體管陣列組成電子開關，將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率,、寬度,、幅度的方波。
控制器：按設定的程序工作,，控制輸出方波的幅度與脈寬,，使疊加為近似正弦波的交流電，驅(qū)動交流電動機,。
給定方式
變頻器常見的頻率給定方式主要有：操作器鍵盤給定,、接點信號給定、模擬信號給定,、脈沖信號給定和通訊方式給定等,。這些頻率給定方式各有優(yōu)缺點，須按照實際所需進行選擇設置
德國REXROTH力士樂變頻器的選用
選用變頻器的類型,，按照生產(chǎn)機械的類型,、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度,、起動轉(zhuǎn)矩的要求,，決定選用那種控制方式的變頻器合適。所謂合適是既要好用,，又要經(jīng)濟,，以滿足工藝和生產(chǎn)的基本條件和要求
1.需要控制的電機及變頻器自身
1）電機的極數(shù),。一般電機極數(shù)以不多于(極為宜，否則變頻器容量就要適當加大,。2）轉(zhuǎn)矩特性,、臨界轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩,。在同等電機功率情況下,，相對于高過載轉(zhuǎn)矩模式，變頻器規(guī)格可以降額選取,。3）電磁兼容性,。為減少主電源干擾，使用時可在中間電路或變頻器輸入電路中增加電抗器,，或安裝前置隔離變壓器,。一般當電機與變頻器距離超過50m時，應在它們中間串入電抗器,、濾波器或采用屏蔽防護電纜
2.變頻器功率的選用
系統(tǒng)效率等于變頻器效率與電動機效率的乘積,，只有兩者都處在較高的效率下工作時，則系統(tǒng)效率才較高 [1] ,。從效率角度出發(fā),，在選用變頻器功率時，要注意以下幾點：
1）變頻器功率值與電動機功率值相當時合適,，以利變頻器在高的效率值下運轉(zhuǎn),。2）在變頻器的功率分級與電動機功率分級不相同時，則變頻器的功率要盡可能接近電動機的功率,，但應略大于電動機的功率,。3）當電動機屬頻繁起動、制動工作或處于重載起動且較頻繁工作時,，可選取大一級的變頻器,，以利用變頻器長期、安全地運行,。4）經(jīng)測試,，電動機實際功率確實有富余，可以考慮選用功率小于電動機功率的變頻器,，但要注意瞬時峰值電流是否會造成過電流保護動作,。5）當變頻器與電動機功率不相同時，則必須相應調(diào)整節(jié)能程序的設置,，以利達到較高的節(jié)能效果
3變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選用
變頻器的箱體結(jié)構(gòu)要與環(huán)境條件相適應,，即必須考慮溫度、濕度,、粉塵,、酸堿度,、腐蝕性氣體等因素。常見有下列幾種結(jié)構(gòu)類型可供用戶選用：1）敞開型IPOO型本身無機箱,，適用裝在電控箱內(nèi)或電氣室內(nèi)的屏,、盤、架上,，尤其是多臺變頻器集中使用時,，選用這種型式較好，但環(huán)境條件要求較高,；2）封閉型IP20型適用一般用途,，可有少量粉塵或少許溫度、濕度的場合,；3）密封型IP45型適用工業(yè)現(xiàn)場條件較差的環(huán)境,；4）密閉型IP65型適用環(huán)境條件差，有水,、塵及一定腐蝕性氣體的場合
4變頻器容量的確定
合理的容量選擇本身就是一種節(jié)能降耗措施,。根據(jù)現(xiàn)有資料和經(jīng)驗,，比較簡便的方法有三種：1）電機實際功率確定發(fā),。首先測定電機的實際功率，以此來選用變頻器的容量,。2）公式法,。當一臺變頻器用于多臺電機時，應滿足：至少要考慮一臺電動機啟動電流的影響,，以避免變頻器過流跳閘,。3）電機額定電流法變頻器。變頻器容量選定過程,，實際上是一個變頻器與電機的匹配過程,，常見、也較安全的是使變頻器的容量大于或等于電機的額定功率,，但實際匹配中要考慮電機的實際功率與額定功率相差多少,，通常都是設備所選能力偏大，而實際需要的能力小,，因此按電機的實際功率選擇變頻器是合理的,，避免選用的變頻器過大，使投資增大,。對于輕負載類,，變頻器電流一般應按1.1N（N為電動機額定電流）來選擇，或按廠家在產(chǎn)品中標明的與變頻器的輸出功率額定值相配套的大電機功率來選擇
5主電源
1）電源電壓及波動,。應特別注意與變頻器低電壓保護整定值相適應,，因為在實際使用中,，電網(wǎng)電壓偏低的可能性較大。
2）主電源頻率波動和諧波干擾,。這方面的干擾會增加變頻器系統(tǒng)的熱損耗,，導致噪聲增加，輸出降低,。3）變頻器和電機在工作時,，自身的功率消耗。在進行系統(tǒng)主電源供電設計時,，兩者的功率消耗因素都應考慮進去
