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變頻器的作用是什麽?
時間 : 2018-06-25 15:18 瀏覽量 : 20

變頻調速能夠應用在大部分的電機拖動場合,由於它能提供精確的速度控製,因此可以方便地控製機械傳動的上升、下降和變速運行。變頻應用可以大大地提高工藝的高效性(變速不依賴於機械部分),同時可以比原來的定速運行電機更加節能。下麵例舉使用變頻調速的10個理由,來說明變頻器應用日趨普及的基本認識:


(1) 控製電機的啟動電流。

當電機通過工頻直接啟動時,它將會產生7到8倍的電機額定電流。這個電流值將大大增加電機繞組的電應力並產生熱量,從而降低電機的壽命。而變頻調速則可以在零速零電壓啟動(也可適當加轉矩提升)。一旦頻率和電壓的關係建立,變頻器就可以按照V/F或矢量控製方式帶動負載進行工作。使用變頻調速能充分降低啟動電流,提高繞組承受力,用戶最直接的好處就是電機的維護成本將進一步降低、電機的壽命則相應增加。


(2) 降低電力線路電壓波動。

在電機工頻啟動時,電流劇增的同時,電壓也會大幅度波動,電壓下降的幅度將取決於啟動電機的功率大小和配電網的容量。電壓下降將會導致同一供電網絡中的電壓敏感設備故障跳閘或工作異常,如PC機、傳感器、接近開關和接觸器等均會動作出錯。而采用變頻調速後,由於能在零頻零壓時逐步啟動,則能最大程度上消除電壓下降。


(3) 啟動時需要的功率更低。

電機功率與電流和電壓的乘積成正比, 那麽通過工頻直接啟動的電機消耗的功率將大大高於變頻啟動所需要的功率。在一些工況下其配電係統已經達到了最高極限,其直接工頻啟動電機所產生的電湧就會對同網上的其他用戶產生嚴重的影響, 從而將受到電網運行商的警告, 甚至罰款。如果采用變頻器進行電機起停, 就不會產生類似的問題。


(4) 可控的加速功能。

變頻調速能在零速啟動並按照用戶的需要進行均勻地加速,而且其加速曲線也可以選擇(直線加速、S形加速或者自動加速)。而通過工頻啟動時對電機或相連的機械部分軸或齒輪都會產生劇烈的振動。這種振動將進一步加劇機械磨損和損耗,降低機械部件和電機的壽命。另外,變頻啟動還能應用在類似灌裝線上,以防止瓶子倒翻或損壞。


(5) 可調的運行速度。

運用變頻調速能優化工藝過程,並能根據工藝過程迅速改變,還能通過遠控PLC或其他控製器來實現速度變化。


(6) 可調的轉矩極限。
通過變頻調速後,能夠設置相應的轉矩極限來保護機械不致損壞,從而保證工藝過程的連續性和產品的可靠性。目前的變頻技術使得不僅轉矩極限可調,甚至轉矩的控製精度都能達到3%~5%左右。在工頻狀態下,電機隻能通過檢測電流值或熱保護來進行控製,而無法像在變頻控製一樣設置精確的轉矩值來動作。


(7) 受控的停止方式。

如同可控的加速一樣, 在變頻調速中, 停止方式可以受控,並且有不同的停止方式可以選擇(減速停車、自由停車、減速停車+直流製動),同樣它能減少對機械部件和電機的衝擊,從而使整個係統更加可靠,壽命也會相應增加。


(8) 節能

離心風機或水泵采用變頻器後都能大幅度地降低能耗,這在十幾年的工程經驗中已經得到體現。由於最終的能耗是與電機的轉速成立方比,所以采用變頻後投資回報就更快。


(9) 可逆運行控製

在變頻器控製中,要實現可逆運行控製無須額外的可逆控製裝置,隻需要改變輸出電壓的相序即可,這樣就能降低維護成本和節省安裝空間。


(10) 減少機械傳動部件

由於目前矢量控製變頻器加上同步電機就能實現高效的轉矩輸出, 從而節省齒輪箱等機械傳動部件, 最終構成直接變頻傳動係統。從而就能降低成本和空間, 提高穩定性。



變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源|穩壓器變換為另一頻率的電能控製裝置。可分為交——交變頻器,交——直——交變頻器。交——交變頻器可直接把交流電變成頻率和電壓都可變的交流電;交——直——交變頻器則是先把交流電經整流器先整流成直流電,再經過逆變器把這個直流電流變成頻率和電壓都可變的交流電。
PWM是英文Pulse Width Modulation(脈衝寬度調製)縮寫,按一定規律改變脈衝列的脈衝寬度,以調節輸出量和波形的一種調值方式。PAM是英文Pulse Amplitude Modulation(脈衝幅度調製)縮寫,是按一定規律改變脈衝列的脈衝幅度,以調節輸出量值和波形的一種調製方式。
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,其直流回路濾波石電感。
非同步電動機的轉矩是電機的磁通與轉子內流過電流之間相互作用而產生的,在額定頻率下,如果電壓一定而隻降低頻率,那麽磁通就過大,磁回路飽和,嚴重時將燒毀電機。因此,頻率與電壓要成比例地改變,即改變頻率的同時控製變頻器輸出電壓,使電動機的磁通保持一定,避免弱磁和磁飽和現象的產生。這種控製方式多用於風機、泵類節能型變頻器。
頻率下降(低速)時,如果輸出相同的功率,則電流增加,但在轉矩一定的條件下,電流幾乎不變。
采用變頻器運轉,隨著電機的加速相應提高頻率和電壓,起動電流被限製在150%額定電流以下(根據機種不同,為125%-200%)。用工頻電源直接起動時,起動電流為6-7倍,因此,將產生機械電氣上的衝擊。采用變頻器傳動可以平滑地起動(起動時間變長)。起動電流為額定電流的1.2-1.5倍,起動轉矩為70%-120%額定轉矩;對於帶有轉矩自動增強功能的變頻器,起動轉矩為99.99%以上,可以帶全負載起動。
頻率下降時電壓V也成比例下降,這個問題已在回答4說明。V與F的比例關係是考慮了電機特性而預先決定的,通常在控製器的存儲裝置(ROM)中存有幾種特性,可以用開關或標度盤進行選擇。
頻率下降時完全成比例地降低電壓,那麽由於交流阻抗變小而直流電阻不變,將造成在低速下產生地轉矩有減小的傾向。因此,在低頻時給定V/F,要使輸出電壓提高一些,以便獲得一定地起動轉矩,這種補償稱增強起動。可以采用各種方法實現,有自動進行的方法、選擇V/F模式或調整電位器等方法。
在6Hz以下仍可輸出功率,但根據電機溫升和起動轉矩的大小等條件,最低使用頻率取6Hz左右,此時電動機可輸出額定轉矩而不會引起嚴重的發熱問題。變頻器實際輸出頻率(起動頻率)根據機種為0.5-3Hz.
通常情況下時不可以的。在60Hz以上(也有50Hz以上的模式)電壓不變,大體為恒功率特性,在高速下要求相同轉矩時,必須注意電機與變頻器容量的選擇。
給所使用的電機裝置設速度檢出器(PG),將實際轉速反饋給控製裝置進行控製的,稱為“閉環”,不用PG運轉的就叫作“開環”。通用變頻器多為開環方式,也有的機種利用選件可進行PG反饋。
開環時,變頻器即使輸出給定頻率,電機在帶負載運行時,電機的轉速在額定轉差率的範圍內(1%-5%)變動。對於要求調速精度比較高,即使負載變動也要求在近於給定速度下運轉的場合,可采用具有PG反饋功能的變頻器(選用件)。
具有PG反饋功能的變頻器,精度有提高。但速度精度的植取決於PG本身的精度和變頻器輸出頻率的解析度。
如果給定的加速時間過短,變頻器的輸出頻率變化遠遠超過轉速(電角頻率)的變化,變頻器將因流過過電流而跳閘,運轉停止,這就叫作失速。為了防止失速使電機繼續運轉,就要檢出電流的大小進行頻率控製。當加速電流過大時適當放慢加速速率。減速時也是如此。兩者結合起來就是失速功能。
加減速可以分別給定的機種,對於短時間加速、緩慢減速場合,或者對於小型機床需要嚴格給定生產節拍時間的場合是適宜的,但對於風機傳動等場合,加減速時間都較長,加速時間和減速時間可以共同給定。
電動機在運轉中如果降低指令頻率,則電動機變為非同步發電機狀態運行,作為製動器而工作,這就叫作再生(電氣)製動。
從電機再生出來的能量貯積在變頻器的濾波電容器中,由於電容器的容量和耐壓的關係,通用變頻器的再生製動力約為額定轉矩的10%-20%。如采用選用件製動單元,可以達到50%-99.9%。
自控係統的設定信號可通過變頻器靈活自如地指揮頻率變化,控製工藝指標,如在煙草行業的糖料、香料工序,可由皮帶稱的流量信號來控製變頻器頻率,使泵的轉速隨流量信號自動變化,調節加料量,均勻地加入香精、糖料。也可利用生產線起停信號通過正、反端子控製變頻器的起、停及正、反轉,成為自動流水線的一部分。此外在流水生產線上,當前方設備有故障時後方設備應自動停機。變頻器的緊急停止端可以實現這一功能。在SANKEN、MF、FUT和FVT係列變頻器中可以預先設定三四個甚至多達七個頻率,在有些設備上可據此設置自動生產流程。設定好工作頻率及時間後,變頻器可使電機按順序在不同的時間以不同的轉速運行,形成一個自動的生產流程。


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