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浅谈变频器的原理及安装设计要求

浅谈变频器的原理及安装设计要求

      浅谈流水线变频器的原理及安装设计要求

  1.变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、再次整流(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的,是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源,以实现电机的变速运行的设备。其中控制电路完成对主电路的控制,整流电路将交流电变换成直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说,有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。

  2.变频器的分类

  按照主电路工作方式分,可以分为电压型变频器和电流型变频器;按照开关方式分,可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器;按照工作原理分,可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等;按照用途分,可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

  3.变频器中常用的控制方式

  a.非智能控制方式:V/f控制;转差频率控制;矢量控制;直接转矩控制;最优控制;其他非智能控制方式: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。

  b.智能控制方式:主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统、学习控制等。

  4.变频器选型

    1) 采用变频的目的:恒压控制或恒流控制等。

    2) 变频器的负载类型:如叶片泵或容积泵等,特别注意负载的性能曲线,性能曲线决定了应用时的方式方法。

    3) 变频器与负载的匹配问题:电压匹配:变频器的额定电压与负载的额定电压相符;电流匹配:普通的离心泵,变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数,以最大电流确定变频器电流和过载能力;转矩匹配:这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生;

    4) 在使用变频器驱动高速电机时,由于高速电机的电抗小,高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型,其容量要稍大于普通电机的选型。

  5) 变频器如果要长电缆运行时,此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响,避免变频器出力不足,所以在这样情况下,变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。

  6) 对于一些特殊的应用场合,如高温,高海拔,此时会引起变频器的降容,变频器容量要放大一挡。

  5.变频器的控制原理图设计:

  1) 首先确认变频器的安装环境:工作温度;环境温度;腐蚀性气体;振动和冲击;电磁波干扰。

  2) 变频器和电机的距离确定电缆和布线方法:变频器和电机的距离应该尽量的短。这样减小了电缆的对地电容,减少干扰的发射源;控制电缆选用屏蔽电缆,动力电缆选用屏蔽电缆或者从变频器到电机全部用穿线管屏蔽;电机电缆应独立于其它电缆走线,其最小距离为500mm。同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线,这样才能减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉,应尽可能使它们按90度角交叉。与变频器有关的模拟量信号线与主回路线分开走线,即使在控制柜中也要如此;与变频器有关的模拟信号线最好选用屏蔽双绞线,动力电缆选用屏蔽的三芯电缆(其规格要比普通电机的电缆大档)或遵从变频器的用户手册。

    3) 变频器控制原理图:主回路图,控制回路图

    4) 变频器的接地:变频器正确接地是提高系统稳定性,抑制噪声能力的重要手段。变频器的接地端子的接地电阻越小越好,接地导线的截面不小于4mm,长度不超过5m。变频器的接地应和动力设备的接地点分开,不能共地。信号线的屏蔽层一端接到变频器的接地端,另一端浮空。变频器与控制柜之间电气相通。

  6.变频器控制柜的设计:

  变频器应该安装在控制柜内部,控制柜在设计时要注意以下问题

    1) 散热问题:变频器的发热是由内部的损耗产生的。在变频器中各部分损耗中主要以主电路为主,约占98%,控制电路占2%。

    2) 电磁干扰问题

    3) 防护问题需要注意:防水防结露;防尘;防腐蚀性气体

  7.变频器接线规范:

    信号线与动力线必须分开走线:使用模拟量信号进行远程控制变频器时,为了减少模拟量受来自变频器和其它设备的干扰,请将控制变频器的信号线与强电回路(主回路及顺控回路)分开走线。距离应在30cm以上。即使在控制柜内,同样要保持这样的接线规范。该信号与变频器之间的控制回路线最长不得超过50m。

    信号线与动力线必须分别放置在不同的金属管道或者金属软管内部:连接PLC和变频器的信号线如果不放置在金属管道内,极易受到变频器和外部设备的干扰;同时由于变频器无内置的电抗器,所以变频器的输入和输出级动力线对外部会产生极强的干扰,因此放置信号线的金属管或金属软管一直要延伸到变频器的控制端子处,以保证信号线与动力线的彻底分开。

    1) 模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线,电线规格为0.75mm2。在接线时一定要注意,电缆剥线要尽可能的短(5-7mm左右),同时对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来,以防止屏蔽线与其它设备接触引入干扰。

    2) 为了提高接线的简易性和可靠性,推荐信号线上使用压线棒端子。

  8.变频器的运行和相关参数的设置:

  控制方式:即速度控制、转距控制、PID控制或其他方式;最低运行频率:即电机运行的最小转速,电机在低转速下运行时,其散热性能很差,电机长时间运行在低转速下,会导致电机烧毁。而且低速时,其电缆中的电流也会增大,也会导致电缆发热;最高运行频率:一般的变频器最大频率到60Hz,有的甚至到400 Hz,高频率将使电机高速运转,这对普通电机来说,其轴承不能长时间的超额定转速运行,电机的转子是否能承受这样的离心力;载波频率:载波频率设置的越高其高次谐波分量越大,这和电缆的长度,电机发热,电缆发热变频器发热等因素是密切相关的;电机参数(电机铭牌有显示);跳频

  9.常见故障分析:

  过流故障:过流故障可分为加速、减速、恒速过电流;

  过载故障:过载故障包括变频过载和电机过载;

  欠压:说明变频器电源输入部分有问题,需检查后才可以运行。

  总之,在设计、安装、使用变频器时一定要遵从变频器使用说明书的指导。   
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