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变频器的作用是什么?
时间 : 2018-06-25 15:18 浏览量 : 59

变频调速能够应用在大部分的电机拖动场合,由于它能提供精确的速度控制,因此可以方便地控制机械传动的上升、下降和变速运行。变频应用可以大大地提高工艺的高效性(变速不依赖于机械部分),同时可以比原来的定速运行电机更加节能。下面例举使用变频调速的10个理由,来说明变频器应用日趋普及的基本认识:


(1) 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。


(2) 降低电力线路电压波动。

在电机工频启动时,电流剧增的同时,电压也会大幅度波动,电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量。电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常,如PC机、传感器、接近开关和接触器等均会动作出错。而采用变频调速后,由于能在零频零压时逐步启动,则能最大程度上消除电压下降。


(3) 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。


(4) 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。


(5) 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。


(6) 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。


(7) 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。


(8) 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。


(9) 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。


(10) 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。



变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源|稳压器变换为另一频率的电能控制装置。可分为交——交变频器,交——直——交变频器。交——交变频器可直接把交流电变成频率和电压都可变的交流电;交——直——交变频器则是先把交流电经整流器先整流成直流电,再经过逆变器把这个直流电流变成频率和电压都可变的交流电。
PWM是英文Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)缩写,按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度,以调节输出量和波形的一种调值方式。PAM是英文Pulse Amplitude Modulation(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。
变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器,直流回路的滤波是电容;电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器,其直流回路滤波石电感。
非同步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的,在额定频率下,如果电压一定而只降低频率,那麽磁通就过大,磁回路饱和,严重时将烧毁电机。因此,频率与电压要成比例地改变,即改变频率的同时控制变频器输出电压,使电动机的磁通保持一定,避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用於风机、泵类节能型变频器。
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。
采用变频器运转,随著电机的加速相应提高频率和电压,起动电流被限制在150%额定电流以下(根据机种不同,为125%-200%)。用工频电源直接起动时,起动电流为6-7倍,因此,将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可以平滑地起动(起动时间变长)。起动电流为额定电流的1.2-1.5倍,起动转矩为70%-120%额定转矩;对於带有转矩自动增强功能的变频器,起动转矩为99.99%以上,可以带全负载起动。
频率下降时电压V也成比例下降,这个问题已在回答4说明。V与F的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的,通常在控制器的存储装置(ROM)中存有几种特性,可以用开关或标度盘进行选择。
频率下降时完全成比例地降低电压,那麽由於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。
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.
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。
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。
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。对於要求调速精度比较高,即使负载变动也要求在近於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)。
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於PG本身的精度和变频器输出频率的解析度。
如果给定的加速时间过短,变频器的输出频率变化远远超过转速(电角频率)的变化,变频器将因流过过电流而跳闸,运转停止,这就叫作失速。为了防止失速使电机继续运转,就要检出电流的大小进行频率控制。当加速电流过大时适当放慢加速速率。减速时也是如此。两者结合起来就是失速功能。
加减速可以分别给定的机种,对於短时间加速、缓慢减速场合,或者对於小型机床需要严格给定生产节拍时间的场合是适宜的,但对於风机传动等场合,加减速时间都较长,加速时间和减速时间可以共同给定。
电动机在运转中如果降低指令频率,则电动机变为非同步发电机状态运行,作为制动器而工作,这就叫作再生(电气)制动。
从电机再生出来的能量贮积在变频器的滤波电容器中,由於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%-99.9%。
自控系统的设定信号可通过变频器灵活自如地指挥频率变化,控制工艺指标,如在烟草行业的糖料、香料工序,可由皮带称的流量信号来控制变频器频率,使泵的转速随流量信号自动变化,调节加料量,均匀地加入香精、糖料。也可利用生产线起停信号通过正、反端子控制变频器的起、停及正、反转,成为自动流水线的一部分。此外在流水生产线上,当前方设备有故障时後方设备应自动停机。变频器的紧急停止端可以实现这一功能。在SANKEN、MF、FUT和FVT系列变频器中可以预先设定三四个甚至多达七个频率,在有些设备上可据此设置自动生产流程。设定好工作频率及时间後,变频器可使电机按顺序在不同的时间以不同的转速运行,形成一个自动的生产流程。


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