变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
2、PWM和PAM的不同点是什么?
PAM是英文PulseAmplitudeModulation(脉冲幅度调制)缩写,是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度,以调节输出量值和波形的一种调制方式。
3、为什么变频器的电压与电流成比例的改变?
4、电动机使用工频电源驱动时,电压下降则电流增加;对于变频器驱动,如果频率下降时电压也下降,那么电流是否增加?
频率下降(低速)时,如果输出相同的功率,则电流增加,但在转矩一定的条件下,电流几乎不变。
5、采用变频器运转时,电机的起动电流、起动转矩怎样?
6、V/f模式是什么意思?
7、按比例地改V和f时,电机的转矩如何变化?
频率下降时完全成比例地降低电压,那么由于交流阻抗变小而直流电阻不变,将造成在低速下产生地转矩有减小的倾向。因此,在低频时给定V/f,要使输出电压提高一些,以便获得一定地起动转矩,这种补偿称增强起动。可以采用各种方法实现,有自动进行的方法、选择V/f模式或调整电位器等方法
8、在说明书上写着变速范围60~6Hz,即10:1,那么在6Hz以下就没有输出功率吗?
在6Hz以下仍可输出功率,但根据电机温升和起动转矩的大小等条件,最低使用频率取6Hz左右,此时电动机可输出额定转矩而不会引起严重的发热问题。变频器实际输出频率(起动频率)根据机种为0.5~3Hz.
9、对于一般电机的组合是在60Hz以上也要求转矩一定,是否可以?
通常情况下时不可以的。在60Hz以上(也有50Hz以上的模式)电压不变,大体为恒功率特性,在高速下要求相同转矩时,必须注意电机与变频器容量的选择。
10、所谓开环是什么意思?
给所使用的电机装置设速度检出器(PG),将实际转速反馈给控制装置进行控制的,称为“闭环”,不用PG运转的就叫作“开环”。通用变频器多为开环方式,也有的机种利用选件可进行PG反馈.
11、实际转速对于给定速度有偏差时如何办?
开环时,变频器即使输出给定频率,电机在带负载运行时,电机的转速在额定转差率的范围内(1%~5%)变动。对于要求调速精度比较高,即使负载变动也要求在近于给定速度下运转的场合,可采用具有PG反馈功能的变频器(选用件)。
12、如果用带有PG的电机,进行反馈后速度精度能提高吗?
具有PG反馈功能的变频器,精度有提高。但速度精度的植取决于PG本身的精度和变频器输出频率的分辨率。
13、失速防止功能是什么意思?
15、什么是再生制动?
16、是否能得到更大的制动力?
从电机再生出来的能量贮积在变频器的滤波电容器中,由于电容器的容量和耐压的关系,通用变频器的再生制动力约为额定转矩的10%~20%。如采用选用件制动单元,可以达到50%~100%。
17、请说明变频器的保护功能
保护功能可分为以下两类:
(1)检知异常状态后自动地进行修正动作,如过电流失速防止,再生过电压失速防止。
(2)检知异常后封锁电力半导体器件PWM控制信号,使电机自动停车。如过电流切断、再生过电压切断、半导体冷却风扇过热和瞬时停电保护等。
用离合器连接负载时,在连接的瞬间,电机从空载状态向转差率大的区域急剧变化,流过的大电流导致变频器过电流跳闸,不能运转。
19、在同一工厂内大型电机一起动,运转中变频器就停止,这是为什么?
20、什么是变频分辨率?有什么意义?
对于数字控制的变频器,即使频率指令为模拟信号,输出频率也是有级给定。这个级差的最小单位就称为变频分辨率。变频分辨率通常取值为0.015~0.5Hz.例如,分辨率为0.5Hz,那么23Hz的上面可变为23.5、24.0Hz,因此电机的动作也是有级的跟随。这样对于像连续卷取控制的用途就造成问题。在这种情况下,如果分辨率为0.015Hz左右,对于4级电机1个级差为1r/min以下,也可充分适应。另外,有的机种给定分辨率与输出分辨率不相同。
21、装设变频器时安装方向是否有限制。
变频器内部和背面的结构考虑了冷却效果的,上下的关系对通风也是重要的,因此,对于单元型在盘内、挂在墙上的都取纵向位,尽可能垂直安装。
22、不采用软起动,将电机直接投入到某固定频率的变频器时是否可以?
在很低的频率下是可以的,但如果给定频率高则同工频电源直接起动的条件相近。将流过大的起动电流(6~7倍额定电流),由于变频器切断过电流,电机不能起动。
23、电机超过60Hz运转时应注意什么问题?
超过60Hz运转时应注意以下事项
(1)机械和装置在该速下运转要充分可能(机械强度、噪声、振动等)。
(2)电机进入恒功率输出范围,其输出转矩要能够维持工作(风机、泵等轴输出功率于速度的立方成比例增加,所以转速少许升高时也要注意)。
(4)对于中容量以上的电机特别是2极电机,在60Hz以上运转时要与厂家仔细商讨。
24、变频器能用来驱动单相电机吗?可以使用单相电源吗?
机基本上不能用。对于调速器开关起动式的单相电机,在工作点以下的调速范围时将烧毁辅助绕组;对于电容起动或电容运转方式的,将诱发电容器爆炸。变频器的电源通常为3相,但对于小容量的,也有用单相电源运转的机种。
25、变频器本身消耗的功率有多少?
它与变频器的机种、运行状态、使用频率等有关,但要回答很困难。不过在60Hz以下的变频器效率大约为94%~96%,据此可推算损耗,但内藏再生制动式(FR-K)变频器,如果把制动时的损耗也考虑进去,功率消耗将变大,对于操作盘设计等必须注意。
26、为什么不能在6~60Hz全区域连续运转使用?
一般电机利用装在轴上的外扇或转子端环上的叶片进行冷却,若速度降低则冷却效果下降,因而不能承受与高速运转相同的发热,必须降低在低速下的负载转矩,或采用容量大的变频器与电机组合,或采用专用电机。
27、使用带制动器的电机时应注意什么?
制动器励磁回路电源应取自变频器的输入侧。如果变频器正在输出功率时制动器动作,将造成过电流切断。所以要在变频器停止输出后再使制动器动作。
28、想用变频器传动带有改善功率因数用电容器的电机,电机却不动,请说明原因?
变频器的电流流入改善功率因数用的电容器,由于其充电电流造成变频器过电流(OCT),所以不能起动,作为对策,请将电容器拆除后运转,甚至改善功率因数,在变频器的输入侧接入AC电抗器是有效的。
29、变频器内藏有冷却风扇,风的方向如何?风扇若是坏了会怎样?
对于小容量也有无冷却风扇的机种。有风扇的机种,风的方向是从下向上,所以装设变频器的地方,上、下部不要放置妨碍吸、排气的机械器材。还有,变频器上方不要放置怕热的零件等。风扇发生故障时,由电扇停止检测或冷却风扇上的过热检测进行保护
30、想提高原有输送带的速度,以80Hz运转,变频器的容量该怎样选择?
设基准速度为50Hz,50Hz以上为恒功率输出特性。像输送带这样的恒转矩特性负载增速时,容量需要增大为80/50≈1.6倍。电机容量也像变频器一样增大。
(1)可调的转矩极限
通过变频调速后,能够设置相应的转矩极限来保护机械不致损坏,从而保证工艺过程的连续性和产品的可靠性。目前的变频技术使得不仅转矩极限可调,甚至转矩的控制精度都能达到3%~5%左右。在工频状态下,电机只能通过检测电流值或热保护来进行控制,而无法像在变频控制一样设置精确的转矩值来动作。
(2)受控的停止方式
如同可控的加速一样,在变频调速中,停止方式可以受控,并且有不同的停止方式可以选择(减速停车、自由停车、减速停车+直流制动),同样它能减少对机械部件和电机的冲击,从而使整个系统更加可靠,寿命也会相应增加。
(3)节能
离心风机或水泵采用变频器后都能大幅度地降低能耗,这在十几年的工程经验中已经得到体现。由于最终的能耗是与电机的转速成立方比,所以采用变频后投资回报就更快。
(4)可逆运行控制
在变频器控制中,要实现可逆运行控制无须额外的可逆控制装置,只需要改变输出电压的相序即可,这样就能降低维护成本和节省安装空间。
(5)减少机械传动部件
由于目前矢量控制变频器加上同步电机就能实现高效的转矩输出,从而节省齿轮箱等机械传动部件,最终构成直接变频传动系统。从而就能降低成本和空间,提高稳定性。
(6)启动时需要的功率更低
电机功率与电流和电压的乘积成正比,那么通过工频直接启动的电机消耗的功率将大大高于变频启动所需要的功率。在一些工况下其配电系统已经达到了最高极限,其直接工频启动电机所产生的电涌就会对同网上的其他用户产生严重的影响,从而将受到电网运行商的警告,甚至罚款。如果采用变频器进行电机起停,就不会产生类似的问题。
(7)可控的加速功能
变频调速能在零速启动并按照用户的需要进行均匀地加速,而且其加速曲线也可以选择(直线加速、S形加速或者自动加速)。而通过工频启动时对电机或相连的机械部分轴或齿轮都会产生剧烈的振动。这种振动将进一步加剧机械磨损和损耗,降低机械部件和电机的寿命。另外,变频启动还能应用在类似灌装线上,以防止瓶子倒翻或损坏。
(8)可调的运行速度
运用变频调速能优化工艺过程,并能根据工艺过程迅速改变,还能通过远控PLC或其他控制器来实现速度变化。
(9)控制电机的启动电流
当电机通过工频直接启动时,它将会产生7到8倍的电机额定电流。这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量,从而降低电机的寿命。而变频调速则可以在零速零电压启动(也可适当加转矩提升)。一旦频率和电压的关系建立,变频器就可以按照V/F或矢量控制方式带动负载进行工作。使用变频调速能充分降低启动电流,提高绕组承受力,用户最直接的好处就是电机的维护成本将进一步降低、电机的寿命则相应增加。
(10)降低电力线路电压波动
变频节能变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性,各种生产机械在设计配用动力驱动时,都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时,除达到动力驱动要求外,多余的力矩增加了有功功率的消耗,造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量,其输入功率大,且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时,如果流量要求减小,通过降低泵或风机的转速即可满足要求。
由流体力学可知,P(功率)=Q(流量)×H(压力),流量Q与转速N的一次方成正比,压力H与转速N的平方成正比,功率P与转速N的立方成正比,如果水泵的效率一定,当要求调节流量下降时,转速N可成比例的下降,而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。所队当所要求的流量Q减少时,可调节变频器输出频率使电动机转速n按比例降低。这时,电动机的功率P将按三次方关系大幅度地降低,比调节挡板、阀门节能40%一50%,从而达到节电的目的。例如:一台离心泵电机功率为55千瓦,当转速下降到原转速的4/5时,其耗电量为28.16千瓦,省电48.8%,当转速下降到原转速的l/2时,其耗电量为6.875千瓦,省电87.5%。
功率因数补偿节能无功功率不但增加线损和设备的发热,更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低,大量的无功电能消耗在线路当中,设备使用效率低下,浪费严重,使用变频调速装置后,由于变频器内部滤波电容的作用,从而减少了无功损耗,增加了电网的有功功率。
软启动节能电机硬启动对电网造成严重的冲击,而且还会对电网容量要求过高,启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大,对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后,利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求,延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。
随着低压变频器技术的不断成熟,低压变频的应用场合决定了它不同的分类。单从技术角度来看,低压变频器的控制方式也在一定程度上表明了它的技术流派。我们在此分析了以下几种控制方式:正弦脉宽调制(SPWM)
电压空间矢量(SVPWM)
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。由于众多国产变频器在矢量控制上还与国外品牌有一定差距,因此SVPWM控制方式在国内的变频器矢量控制方式中比较常见。
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Im1、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,磁场两个分量进行独立控制。
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。使用矢量控制,可以使电机在低速,如(无速度传感器时)1Hz(对4极电机,其转速大约为30r/min)时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电输出的转矩(最大约为额定转矩的150%)。对于常规的V/F控制,电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加,这就导致由于励磁不足,而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足,变频器中需要通过提高电压,来补偿电机速度降低而引起的电压降。这个功能即为转矩提升。转矩提升功能提高变频器的输出电压。然而即使提高很多输出电压,电机转矩并不能和其电流相对应的提高。因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量(如励磁分量)。矢量控制则把电机的电流值进行分配,从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量(如励磁分量)的数值。矢量控制可以通过对电机端的电压降的响应,进行优化补偿,在不增加电流的情况下,允许电机产出大的转矩。此功能对改善电机低速时温升也有效。矢量控制方式也因此成为国外品牌占领高端市场的一个重要的优势。
直接转矩控制(DTC)
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、价格贵的电解电容。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。该技术目前尚未成熟,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。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。
低压变频器如何选型是我们技术人员和商务报价人员经常遇到的问题。本文总结了低压变频器选型的一些方法和思路,如有不妥和不足的地方,请大家指正。
首先要考虑的因素包括:品牌,功率,电流,电压,负载(就是电机拖动的设备),应用场合另外还有一些选配件要在选择的时候注意比如控制面板是否单独采购,需要不需要用滤波器,电抗器,制动电阻制动单元等。一些专业设备要选择专用变频器。比如注塑机,电梯,纺织一些场合选择专用变频器更好用。
一、无论考虑商业还是技术角度品牌选择的是非常重要的。
欧美品牌
ABB,西门子,施耐德,伟垦,SEW,AB,丹佛斯,艾默生,伊顿,伦茨等
日韩品牌
台湾
台达,东元等
国产品牌
汇川,英威腾,利德华福,普传,三晶,欧瑞,新时达,康沃等
二、功率的选择
变频器常用功率0.75KW,1.5KW,2.2KW,3.7KW,5.5KW,7.5KW,11KW,15KW,18.5KW,22KW,37KW,45KW,55KW,75KW,90KW,110KW,132KW,160KW,185KW,200KW,220KW,250KW,285KW,312KW,355KW
一般变频器型号都是按功率大小进行定义型号的,如西门子6SE6430-2UD33-0DB0为30KW变频器,但是ABB型号是按电流定义的ACS510-01-046A-4是46A22KW,值得注意的是进口品牌的控制面板都需要单独采购,变频器价格不含控制面板,而国产变频器一般都包含控制面板。
一般来说电机的功率是变频器选择变频器功率的基础。但是值得注意的是变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据,电机的额定功率只能作为参考。
风机水泵应用场合负载较小,一般变频器厂家都有专门的系列变频器。国产一般是P系列,进口如ABB一般使用ACS510,西门子430,施耐德ATV61等等,而一些特殊场合负载大一般都要适当的放大档使用。
三、根据负载特性选择变频器
(2)风机泵类负载:负机泵类风载是典型的平方转矩负载,低速下负载非常小,并且与转速平方成正比,通用变频器与标准电动机的组合最合适。这类负载对变频器的性能要求并不高,只要求经济性和可靠性,因此要选择具有U/f=const控制模式的变频器就可以了。一般情况下,拖动风机泵类负载的电机,也可以以额定电流为依据,选择变频器。
(3)恒功率负载:恒功率负载指转矩与转速成反比,但功率保持恒定的负载,比如卷取机、机床等。对恒功率特性的服装配用变频器的丝毫,应该要注意的问题:在工频以上频率范围内变频器输出电压为定值控制,因此电动机产生的转矩和负载转矩有相反倾向,标准电动机和通用变频器的组合难以适应,因此要专门设计。
五、变频器若要长电缆运行时,变频器应放大一档选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。
六、当变频器用于控制并联的几台电机时,一定要考虑变频器到电动机的电缆的长度总和在变频器的容许范围内。
七、对于一些特殊的应用场合,如高环境温度、高开关频率、高海拔高度等,此时会引起变频器的降容,变频器需放大一档选择.
八、选择用于高速电动机的变频器时,应比普通电动机的变频器稍大一些。
九、变频器用于变极电动机时,应充分注意选择变频器的容量,使其最大额定电流在变频器的额定输出电流以下。
十、使用变频器驱动齿轮减速电动机时,使用范围受到齿轮转动部分润滑方式的制约。不要超过最高转速容许值。
十一、变频器驱动绕线转子异步电动机时,大多是利用已有的电动机。容易发生由于纹波电流而引起的过电流跳闸现象,所以应选择比通常容量稍大的变频器。
十二、变频器驱动同步电动机时,与工频电源相比,降低输出容量10%~20%。
十三、对于压缩机、振动机等转矩波动大的负载和油压泵等有峰值负载情况下,应了解工频运行情况,选择比其最大电流更大的额定输出电流的变频器。
十四、当变频器控制罗茨风机时,由于其起动电流很大,所以选择变频器时一定要注意变频器的容量是否足够大。
十五、选择变频器时,一定要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。
十六、单相电动机一般不适用变频器驱动。
十七、低压变频器选型的其他因素
海拔、环境温度、运输和存储温度、保护等级、进线电压等级、进线电源频率、变频器输出频率范围、变频器本身的效率、过载能力、冷却方式、尺寸、结构、安装方法。
其他选件
(1)海拔
海拔超过1000米以后,会造成电子器件性能下降,比如电容耐压能力下降,电流承受能力也会下降。所以在海拔超过1000米的地方使用变频器,注意它的降容系数。西门子变频器样本上,会给出一个降容曲线,随海拔升高,过压和过流能力都有所下降。
(2)环境温度
在运输过程中,变频器允许的温度范围大一些。比如MM4系列变频器允许的存储温度为-40~+70度。这满足世界上绝大多数场合。
在工作过程中,变频器允许的温度范围一般在-10~+50度(参考样本)。如果在北方寒冷的冬天使用变频器,可能会因为温度过低而起动不了。在提高环境温度到工作温度范围内以后,再起动变频器。起动以后,变频器自身发热,以保证温度不至过低。
变频器的性能数据,是在工作温度为40度时给出的。原则上,如果保证环境温度低于40度,那么变频器是可以增容使用的。在超过40度时,变频器要降容使用,这也是要注意的。海拔和温度都会影响变频器的额定数据。
(3)进线电源
常用的电压为单相220VAC,三相220VAC,三相380VAC,三相690VAC。这是在选型初期就该确定下来的。这由既有的上游变压器电压等级决定。电压等级也决定了电机接线盒的接线方式。星接比角接有更高的耐压能力和更小的工作电流。进线电源频率,一般在50Hz。变频器对进线频率的波动有较高的承受能力,二极管整流桥对频率不敏感。MM440允许的频率范围是47Hz~63Hz。
(4)过载能力
(5)冷却方式
常见的低压(1000VAC以下)变频器,多为内部风冷。在大功率变频器成组传动时,风机的工作噪音很大。在必要的情况下,可以选用水冷系列产品。