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產品知識

2022年變頻器的知識點

發布時間:2022-03-29 16:33:45 人氣:183

變頻器(Variable-frequency Drive,VFD)是應用變頻技術與微電子技術,通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。

變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。


變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率,根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓,進而達到節能、調速的目的,另外,變頻器還有很多的保護功能,如過流、過壓、過載保護等等。


隨著工業自動化程度的不斷提高,變頻器也得到了非常廣泛的應用。

一、變頻器的組成:

變頻器是由主電路、整流器、平波回路、逆變器組成的。

1)主電路:

主電路是給異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分,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,其直流回路濾波是電感。


它由三部分構成,將工頻電源變換為直流功率的“整流器”,吸收在變流器和逆變器產生的電壓脈動的“平波回路”,以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器“。

2)整流器:

大量使用的是二極管的變流器,它把工頻電源變換為直流電源。


也可用兩組晶體管變流器構成可逆變流器,由于其功率方向可逆,可以進行再生運轉。

3)平波回路

在整流器整流后的直流電壓中,含有電源6倍頻率的脈動電壓,此外逆變器產生的脈動電流也使直流電壓變動。


為了抑制電壓波動,采用電感和電容吸收脈動電壓(電流)。


裝置容量小時,如果電源和主電路構成器件有余量,可以省去電感采用簡單的平波回路。

4)逆變器

同整流器相反,逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率,以所確定的時間使6個開關器件導通、關斷就可以得到3相交流輸出。


以電壓型pwm逆變器為例示出開關時間和電壓波形。

控制電路是給異步電動機供電(電壓、頻率可調)的主電路提供控制信號的回路,它有頻率、電壓的“運算電路”,主電路的“電壓、電流檢測電路”,電動機的“速度檢測電路”,將運算電路的控制信號進行放大的“驅動電路”,


以及逆變器和電動機的“保護電路”組成。

(1)運算電路:將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算,決定逆變器的輸出電壓、頻率。

(2)電壓、電流檢測電路:與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。

(3)驅動電路:驅動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導通、關斷。

(4)速度檢測電路:以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器(tg、plg等)的信號為速度信號,送入運算回路,根據指令和運算可使電動機按指令速度運轉。

(5)保護電路:檢測主電路的電壓、電流等,當發生過載或過電壓等異常時,為了防止逆變器和異步電動機損壞。

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二、變頻器的具體分類分為:

隨著市場的擴大和用戶端需求的多樣化,國內市場上的變頻器產品功能不斷完善,集成度和系統化程度越來越高,操作更加方便,同時也出現了某些行業的專用變頻器產品。


另外,變頻器的應用領域也在不斷擴大。從工廠的生產加工設備到中央空調、從重型機械到輕紡行業、從0.4KW的小功率到20000KW大功率電機都已廣泛使用,且取得明顯的經濟效益。因此,變頻器的分類具體分為一下幾大類:

1)按輸入電壓等級分類

變頻器按輸入電壓等級可分低壓變頻器和高壓變頻器,低壓變頻器國內常見的有單相220 V變頻器、三相220 V變頻器、i相380 V變頻器。


高壓變頻器常見有6 kV、10 kV變壓器,控制方式一般是按高低一高變頻器或高一高變頻器方式進行變換的。

2)按變換頻率的方法分類

變頻器按頻率變換的方法分為交-交型變頻器和交-直交型變頻器。交-交型變頻器可將工頻交流電直接轉換成頻率、電壓均可以控制的交流,故稱直接式變頻器。


交直-交型變頻器則是先把工頻交流電通過整流裝置轉變成直流電,然后再把直流電變換成頻率、電壓均可以調節的交流電,故又稱為間接型變頻器。

3)按直流電源的性質分類

在交-直-交型變頻器中,按主電路電源變換成直流電源的過程中,直流電源的性質分為電壓型變頻器和電流型變頻器。

三、變頻器的作用:

1、變頻節能

變頻器節能主要表現在風機、水泵的應用上。為了保證生產的可靠性,各種生產機械在設計配用動力驅動時,都留有一定的富余量。


當電機不能在滿負荷下運行時,除達到動力驅動要求外,多余的力矩增加了有功功率的消耗,造成電能的浪費。


風機、泵類等設備傳統的調速方法是通過調節入口或出口的擋板、閥門開度來調節給風量和給水量,其輸入功率大,且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。


當使用變頻調速時,如果流量要求減小,通過降低泵或風機的轉速即可滿足要求。


變頻器應用到風機水泵型負載的節能的例子來說:一臺離心泵電機功率為55千瓦,當轉速下降到原轉速的4/5時,其耗電量為28.16千瓦,省電48.8%,當轉速下降到原轉速的l/2時,其耗電量為6.875千瓦,省電87.5%。

2、功率因數補償節能

無功功率不但增加線損和設備的發熱,更主要的是功率因數的降低導致電網有功功率的降低,大量的無功電能消耗在線路當中,設備使用效率低下,浪費嚴重,使用變頻調速裝置后,


由于變頻器內部濾波電容的作用,從而減少了無功損耗,增加了電網的有功功率。

3、軟啟動節能

電機硬啟動對電網造成嚴重的沖擊,而且還會對電網容量要求過高,啟動時產生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大,對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節能裝置后,


利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始,最大值也不超過額定電流,減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求,延長了設備和閥門的使用壽命。節省了設備的維護費用。

4、據統計,我國變頻器總的潛在市場空間大約為1200億~1800億元,其中常壓變頻器約占市場份額的60%左右,中、高壓變頻器的需求數量相對比較少,


但由于單臺變頻器功率大、售價高,也占市場的40%左右。

國內帶變動負載、具有節能潛力的電機至少有1.8億千瓦,由此為變頻器的應用提供了極為巨大的市場。


資料顯示,我國變頻器市場一直保持著12%~15%的增長率,預計至少在今后5年內,變頻器市場需求仍將保持10%以上的增長率。而在10年以后,變頻器市場才能逐漸飽和。


當然,隨著用戶需求的進步和多樣化,變頻器產品的功能在不斷完善和增加,集成度和系統化程度也越來越高,并且已經出現某些領域專用節能變頻器產品。


變頻器的節能原理為:變頻器使得電動機及其拖動負載在無需任何改動的情況下即可按照生產工藝要求調整轉速輸出,降低了電機功耗,在節能減排領域有著巨大獨特的優勢,達到了系統高效運行的目的。


從整體看,我國變頻器行業的競爭日趨激烈。由于市場極具吸引力,不但市場已形成一定規模,而且潛在容量也十分可觀,不斷吸引著行業新參與者,變頻器技術的發展,


使變頻器在電力、水泥、電梯、礦山、冶金、交通等現代化領域得到空前的推廣和應用,相信變頻器應用將會越來越廣泛,市場前景看好。變頻器企業應該借著“十二五”節能減排的東風,更好的樹立節能的觀念。


將產品的節能性能更上一個臺階,這對于變頻器企業未來的發展是十分有利的。

四、變頻器的日常保養:

定期除塵檢查風扇進風口是否堵死,每月清掃空氣過濾器冷卻風道及內部灰塵。

定期檢查,應一年進行一次:檢查螺絲釘、螺栓以及即插件等是否松動,輸入輸出電抗器的對地及相間電阻是否有短路現象,正常應大于幾十兆歐。


導體及絕緣體是否有腐蝕現象,如有要及時用酒精擦拭干凈。

測量開關電源輸出各電路電壓的平穩性,如:5V、12V、15V、24V等電壓。接觸器的觸點是否有打火痕跡,嚴重的要更換同型號或大于原容量的新品接觸器;


確認控制電壓的正確性,進行順序保護動作試驗;


確認保護顯示回路無異常;確認變頻器在單獨運行時輸出電壓的平衡度。

認真做好變頻器的日常維護保養及其檢修工作,內容主要包括:

1、定期對變頻器進行除塵,重點是整流柜、逆變柜和控制柜,必要時可將整流模塊、逆變模塊和控制柜內的線路板拆出后進行除塵。


變頻器下進風口、上出風口是否積塵或因積塵過多而堵塞。


變頻器因本身散熱要求通風量大,故運行一定時間以后,表面積塵十分嚴重,須定期清潔除塵。

2、將變頻器前門打開, 后門拆開, 仔細檢查交、直流母排有無變形、腐蝕、氧化,母排連接處螺絲有無松脫,各安裝固定點處堅固螺絲有無松脫,固定用絕緣片或絕緣柱有無老化開裂或變形,


如有應及時更換,重新緊固,對已發生變形的母排須校正后重新安裝。

3、對線路板、母排等除塵后,進行必要的防腐處理,涂刷絕緣漆,對已出現局部放電、拉弧的母排須去除其毛刺后,再進行處理。


對已絕緣擊穿的絕緣板,須去除其損壞部分,在其損壞附近用相應絕緣等級的絕緣板對其進行隔絕處理,緊固并測試絕緣并認為合格后方可投入使用。

4、 整流柜、逆變柜內風扇運行及轉動是否正常,停機時,用手轉動,觀察軸承有無卡死或雜音,必要時更換軸承或維修。

5、對輸入、整流及逆變、直流輸入快熔進行全面檢查,發現燒毀及時更換。

6、中間直流回路中的電容器有無漏液,外殼有無膨脹、鼓泡或變形,安全閥是否破裂,有條件的可對電容容量、漏電流、耐壓等進行測試,對不符合要求的電容進行更換,對新電容或長期閑置未使用的電容,更換前須對其進行鈍化處理。


濾波電容的使用周期一般為5年,對使用時間在5年以上,電容容量、漏電流、耐壓等指標明顯偏離檢測標準的,應酌情部分或全部更換。

7、對整流、逆變部分的二極管、GTO用萬用表進行電氣檢測,測定其正向、反向電阻值,并在事先制定好的表格內認真做好記錄,看各極間阻值是否正常,同一型號的器件一致性是否良好,必要時進行更換。

8、對A1、A2進線柜內的主接觸器及其它輔助接觸器進行檢查,仔細觀察各接觸器動靜觸頭有無拉弧、毛刺或表面氧化、凹凸不平,發現此類問題應對其相應的動靜觸頭進行更換,確保其接觸安全可靠。

9、仔細檢查端子排有無老化、松脫,是否存在短路隱性故障,各連接線連接是否牢固,線皮有無破損,各電路板接插頭接插是否牢固。進出主電源線連接是否可靠,連接處有無發熱氧化等現象,接地是否良好。

10、 電抗器有無異常鳴叫、振動或糊味。

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