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变频器的知识点

变频器(Variable-frequency Drive,VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。

变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率,根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压,进而达到节能、调速的目的,另外,变频器还有很多的保护功能,如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高,变频器也得到了非常广泛的应用。

一、变频器的组成:

变频器是由主电路、整流器、平波回路、逆变器组成的。

    1)主电路:

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分,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,其直流回路滤波是电感。它由三部分构成,将工频电源变换为直流功率的“整流器”,吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”,以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器“。

2)整流器:

大量使用的是二极管的变流器,它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器,由于其功率方向可逆,可以进行再生运转。 [4]

3)平波回路

在整流器整流后的直流电压中,含有电源6倍频率的脉动电压,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)。装置容量小时,如果电源和主电路构成器件有余量,可以省去电感采用简单的平波回路。

4)逆变器

同整流器相反,逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率,以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。

控制电路是给异步电动机供电(电压、频率可调)的主电路提供控制信号的回路,它有频率、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”,将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”,以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。

(1)运算电路:将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算,决定逆变器的输出电压、频率。

(2)电压、电流检测电路:与主回路电位隔离检测电压、电流等。

(3)驱动电路:驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。

(4)速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号,送入运算回路,根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。

(5)保护电路:检测主电路的电压、电流等,当发生过载或过电压等异常时,为了防止逆变器和异步电动机损坏。

二、变频器的具体分类分为:

    随着市场的扩大和用户端需求的多样化,国内市场上的变频器产品功能不断完善,集成度和系统化程度越来越高,操作更加方便,同时也出现了某些行业的专用变频器产品。另外,变频器的应用领域也在不断扩大。从工厂的生产加工设备到中央空调、从重型机械到轻纺行业、从0.4KW的小功率到20000KW大功率电机都已广泛使用,且取得明显的经济效益。因此,变频器的分类具体分为一下几大类:

1)按输入电压等级分类

变频器按输入电压等级可分低压变频器和高压变频器,低压变频器国内常见的有单相220 V变频器、三相220 V变频器、i相380 V变频器。高压变频器常见有6 kV、10 kV变压器,控制方式一般是按高低一高变频器或高一高变频器方式进行变换的。

2)按变换频率的方法分类

变频器按频率变换的方法分为交-交型变频器和交-直交型变频器。交-交型变频器可将工频交流电直接转换成频率、电压均可以控制的交流,故称直接式变频器。交直-交型变频器则是先把工频交流电通过整流装置转变成直流电,然后再把直流电变换成频率、电压均可以调节的交流电,故又称为间接型变频器。

3)按直流电源的性质分类

在交-直-交型变频器中,按主电路电源变换成直流电源的过程中,直流电源的性质分为电压型变频器和电流型变频器。

三、变频器的作用:

1、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。以上海正艺信息科技有限公司生产的变频器应用到风机水泵型负载的节能的例子来说: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%。

2、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。

3、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。

4、据统计,我国变频器总的潜在市场空间大约为1200亿~1800亿元,其中常压变频器约占市场份额的60%左右,中、高压变频器的需求数量相对比较少,但由于单台变频器功率大、售价高,也占市场的40%左右。

    国内带变动负载、具有节能潜力的电机至少有1.8亿千瓦,由此为变频器的应用提供了极为巨大的市场。资料显示,我国变频器市场一直保持着12%~15%的增长率,预计至少在今后5年内,变频器市场需求仍将保持10%以上的增长率。而在10年以后,变频器市场才能逐渐饱和。当然,随着用户需求的进步和多样化,变频器产品的功能在不断完善和增加,集成度和系统化程度也越来越高,并且已经出现某些领域专用节能变频器产品。变频器的节能原理为:变频器使得电动机及其拖动负载在无需任何改动的情况下即可按照生产工艺要求调整转速输出,降低了电机功耗,在节能减排领域有着巨大独特的优势,达到了系统高效运行的目的。从整体看,我国变频器行业的竞争日趋激烈。由于市场极具吸引力,不但市场已形成一定规模,而且潜在容量也十分可观,不断吸引着行业新参与者,变频器技术的发展,使变频器在电力、水泥、电梯、矿山、冶金、交通等现代化领域得到空前的推广和应用,相信变频器应用将会越来越广泛,市场前景看好。变频器企业应该借着“十二五”节能减排的东风,更好的树立节能的观念。将产品的节能性能更上一个台阶,这对于变频器企业未来的发展是十分有利的。

四、变频器的日常保养:

定期除尘检查风扇进风口是否堵死,每月清扫空气过滤器冷却风道及内部灰尘。

定期检查,应一年进行一次:检查螺丝钉、螺栓以及即插件等是否松动,输入输出电抗器的对地及相间电阻是否有短路现象,正常应大于几十兆欧。导体及绝缘体是否有腐蚀现象,如有要及时用酒精擦拭干净。

测量开关电源输出各电路电压的平稳性,如:5V、12V、15V、24V等电压。接触器的触点是否有打火痕迹,严重的要更换同型号或大于原容量的新品接触器;确认控制电压的正确性,进行顺序保护动作试验;确认保护显示回路无异常;确认变频器在单独运行时输出电压的平衡度。

认真做好变频器的日常维护保养及其检修工作,内容主要包括:

    1、定期对变频器进行除尘,重点是整流柜、逆变柜和控制柜,必要时可将整流模块、逆变模块和控制柜内的线路板拆出后进行除尘。变频器下进风口、上出风口是否积尘或因积尘过多而堵塞。变频器因本身散热要求通风量大,故运行一定时间以后,表面积尘十分严重,须定期清洁除尘。

    2、将变频器前门打开, 后门拆开, 仔细检查交、直流母排有无变形、腐蚀、氧化,母排连接处螺丝有无松脱,各安装固定点处坚固螺丝有无松脱,固定用绝缘片或绝缘柱有无老化开裂或变形,如有应及时更换,重新紧固,对已发生变形的母排须校正后重新安装。

    3、对线路板、母排等除尘后,进行必要的防腐处理,涂刷绝缘漆,对已出现局部放电、拉弧的母排须去除其毛刺后,再进行处理。对已绝缘击穿的绝缘板,须去除其损坏部分,在其损坏附近用相应绝缘等级的绝缘板对其进行隔绝处理,紧固并测试绝缘并认为合格后方可投入使用。

    4、 整流柜、逆变柜内风扇运行及转动是否正常,停机时,用手转动,观察轴承有无卡死或杂音,必要时更换轴承或维修。

    5、对输入、整流及逆变、直流输入快熔进行全面检查,发现烧毁及时更换。

    6、中间直流回路中的电容器有无漏液,外壳有无膨胀、鼓泡或变形,安全阀是否破裂,有条件的可对电容容量、漏电流、耐压等进行测试,对不符合要求的电容进行更换,对新电容或长期闲置未使用的电容,更换前须对其进行钝化处理。滤波电容的使用周期一般为5年,对使用时间在5年以上,电容容量、漏电流、耐压等指标明显偏离检测标准的,应酌情部分或全部更换。

    7、对整流、逆变部分的二极管、GTO用万用表进行电气检测,测定其正向、反向电阻值,并在事先制定好的表格内认真做好记录,看各极间阻值是否正常,同一型号的器件一致性是否良好,必要时进行更换。

    8、对A1、A2进线柜内的主接触器及其它辅助接触器进行检查,仔细观察各接触器动静触头有无拉弧、毛刺或表面氧化、凹凸不平,发现此类问题应对其相应的动静触头进行更换,确保其接触安全可靠。

    9、仔细检查端子排有无老化、松脱,是否存在短路隐性故障,各连接线连接是否牢固,线皮有无破损,各电路板接插头接插是否牢固。进出主电源线连接是否可靠,连接处有无发热氧化等现象,接地是否良好。

    10、 电抗器有无异常鸣叫、振动或糊味。

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  • 发布时间:2022-4-16

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