變頻器的控制電路及幾種常見故障分析(一)
1、前言
隨著變頻器在工業生產中日益廣泛的應用,了解變頻器的結構,主要器件的電氣特性和一些常用參數的作用,及其常見故障越來越顯示出其重要性。
2 變頻器控制電路
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,稱為控制電路,如圖1所示。控制電路由以下電路組成: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。
在圖 1點劃線內,無速度檢測電路為開環控制。在控制電路增加了速度檢測電路,即增加速度指令,可以對異步電動機的速度進行控制更精確的閉環控制。
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)驅動電路為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)I/0輸入輸出電路為了變頻器更好人機交互,變頻器具有多種輸入信號的輸入 (比如運行、多段速度運行等)信號,還有各種內部參數的輸出“比如電流、頻率、保護動作驅動等)信號。
5)速度檢測電路以裝在異步電動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。
6)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,使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。
逆變器控制電路中的保護電路,可分為逆變器保護和異步電動機保護兩種,保護功能如下
(1)逆變器保護
①瞬時過電流保護由于逆變電流負載側短路等,流過逆變器器件的電流達到異常值 (超過容許值)時,瞬時停止逆變器運轉,切斷電流。變流器的輸出電流達到異常值,也同樣停止逆變器運轉。
②過載保護
逆變器輸出電流超過額定值,且持續流通達規定的時間以上,為了防止逆變器器件、電線等損壞要停止運轉。恰當的保護需要反時限特性,采用熱繼電器或者電子熱保護 (使用電子電路)。過載是由于負載的GD2(慣性)過大或因負載過大使電動機堵轉而產生。
③再生過電壓保護
采用逆變器是電動機快速減速時,由于再生功率直流電路電壓將升高,有時超過容許值。可以采取停止逆變器運轉或停止快速減速的方法,防止過電壓。
④瞬時停電保護
對于數毫秒以內的瞬時停電,控制電路工作正常。但瞬時停電如果達數 10ms以上時,通常不僅控制電路誤動作,主電路也不能供電,所以檢出后使逆變器停止運轉。
⑤接地過電流保護
逆變器負載接地時,為了保護逆變器有時要有接地過電流保護功能。但為了確保人身安全,需要裝設漏電斷路器。
⑥冷卻風機異常
有冷卻風機的裝置,當風機異常時裝置內溫度將上升,因此采用風機熱繼電器或器件散熱片溫度傳感器,檢出異常后停止逆變器。在溫度上升很小對運轉無妨礙的場合,可以省略。
](2)異步電機的保護
①過載保護
過載檢出裝置與逆變器保護共用,但考慮低速運轉的過熱時,在異步電動機內埋入溫度檢出器,或者利用裝在逆變器內的電子熱保護來檢出過熱。動作頻繁時,可以考慮減輕電動機負載、增加電動機及逆變器容量等。
②超額 (超速)保護
逆變器的輸出頻率或者異步電動機的速度超過規定值時,停止逆變器運轉。
其它保護
①防止失速過電流
急加速時,如果異步電動跟蹤遲緩,則過電流保護電路動作,運轉就不能繼續進行 (失速)。所以,在負載電流減小之前要進行控制,抑制頻率上升或使頻率下降。對于恒速運轉中的過電流,有時也進行同樣的控制。
隨著變頻器在工業生產中日益廣泛的應用,了解變頻器的結構,主要器件的電氣特性和一些常用參數的作用,及其常見故障越來越顯示出其重要性。
2 變頻器控制電路
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,稱為控制電路,如圖1所示。控制電路由以下電路組成: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。
在圖 1點劃線內,無速度檢測電路為開環控制。在控制電路增加了速度檢測電路,即增加速度指令,可以對異步電動機的速度進行控制更精確的閉環控制。
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)驅動電路為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)I/0輸入輸出電路為了變頻器更好人機交互,變頻器具有多種輸入信號的輸入 (比如運行、多段速度運行等)信號,還有各種內部參數的輸出“比如電流、頻率、保護動作驅動等)信號。
5)速度檢測電路以裝在異步電動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。
6)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,使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。
逆變器控制電路中的保護電路,可分為逆變器保護和異步電動機保護兩種,保護功能如下
(1)逆變器保護
①瞬時過電流保護由于逆變電流負載側短路等,流過逆變器器件的電流達到異常值 (超過容許值)時,瞬時停止逆變器運轉,切斷電流。變流器的輸出電流達到異常值,也同樣停止逆變器運轉。
②過載保護
逆變器輸出電流超過額定值,且持續流通達規定的時間以上,為了防止逆變器器件、電線等損壞要停止運轉。恰當的保護需要反時限特性,采用熱繼電器或者電子熱保護 (使用電子電路)。過載是由于負載的GD2(慣性)過大或因負載過大使電動機堵轉而產生。
③再生過電壓保護
采用逆變器是電動機快速減速時,由于再生功率直流電路電壓將升高,有時超過容許值。可以采取停止逆變器運轉或停止快速減速的方法,防止過電壓。
④瞬時停電保護
對于數毫秒以內的瞬時停電,控制電路工作正常。但瞬時停電如果達數 10ms以上時,通常不僅控制電路誤動作,主電路也不能供電,所以檢出后使逆變器停止運轉。
⑤接地過電流保護
逆變器負載接地時,為了保護逆變器有時要有接地過電流保護功能。但為了確保人身安全,需要裝設漏電斷路器。
⑥冷卻風機異常
有冷卻風機的裝置,當風機異常時裝置內溫度將上升,因此采用風機熱繼電器或器件散熱片溫度傳感器,檢出異常后停止逆變器。在溫度上升很小對運轉無妨礙的場合,可以省略。
](2)異步電機的保護
①過載保護
過載檢出裝置與逆變器保護共用,但考慮低速運轉的過熱時,在異步電動機內埋入溫度檢出器,或者利用裝在逆變器內的電子熱保護來檢出過熱。動作頻繁時,可以考慮減輕電動機負載、增加電動機及逆變器容量等。
②超額 (超速)保護
逆變器的輸出頻率或者異步電動機的速度超過規定值時,停止逆變器運轉。
其它保護
①防止失速過電流
急加速時,如果異步電動跟蹤遲緩,則過電流保護電路動作,運轉就不能繼續進行 (失速)。所以,在負載電流減小之前要進行控制,抑制頻率上升或使頻率下降。對于恒速運轉中的過電流,有時也進行同樣的控制。
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