DANFOSS变频器培训 - 图文(2)

2019-01-12 18:29

主回路主要由整流电路、限流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路和检测电路的传感器部分组成。 它的结构图如下:

1、整流电路。

整流电路实际上就是一块整流模块。它的作用是把三相(或单相)50Hz、380V(220V)的交流电源,通过整流模块的桥式整流成脉动直流电。 整流电路(整流模块)的故障:

①整流模块中的整流二极管一个或多个损坏而开路,导致主回路PN电压值下降或无电压值。

②整流模块中的整流二极管一个或多个损坏而短路,导致变频器输入电源短路,供电电源跳闸,变频器无法接上电源。

2、限流电路

限流电路是限流电阻和继电器触点(或可控硅)相并联的电路。变频器开机瞬间会有一个很大的充电电流,为了保护整流模块,充电电路中串联限流电阻以限制充电电流值。随着充电时间的增长,它的充电电流减少。减少到一定数值,继电器动作触点闭和,短接限流电阻。正常运行时,主回路电流流经继电器触点。 限流电路故障:

①继电器触点氧化,接触不良。导致变频器工作时,主回路电流,部分或全部流经限流电阻,限流电阻被烧毁。

②继电器触点烧毁,不能恢复常开态。导致开机时,限流电阻不起作用,过大的充电电流损坏整流模块。

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③继电器线包损坏不能工作,导致变频器工作时,主回路电流全部流经限流电阻,限流电阻被烧毁。

④限流电阻烧毁,①、②原因所致,再就是限流电阻老化损坏。变频器接通电源,主回路无直流电压输出。因此,也就无低压直流供电。操作盘无显示,高压指示灯不亮。

一些变频器限流电路中,不用继电器,而用可控硅等开关器件。可控硅等开关器件损坏后开路、短路和可控硅无触发信号三种情况,其故障类似继电器。 3、滤波电路

滤波电路是将整流电路输出的脉动直流电压,成为波动较小的直流电压。通常变频器为电压型。由滤波电解电容对整流电路的输出进行平滑。对于380V电源的变频器,是两个电解电容串联后再并联。匀压电阻Rp、Rn是为了使直流电压平分加到每个电容上。 滤波电路故障

①滤波电容老化。其容量低于额定值的85%,致使变频器运行时,输出电压低于正常值。

②滤波电容损坏成开路,导致变频器运行时输出电压低于正常值。损坏成短路,会导致另一只滤波损坏。进而可能损坏限流电路中的继电器、限流电阻、损坏整流模块。

③匀压电阻损坏。匀压电阻损坏后,会由于两个电容受压不均而逐个因超压被损坏。

4、制动电路

在变频调速系统中,电机的降速和停机是通过逐渐减小频率来实现的,在频率减小的瞬间,电机的同步转速随之下降,而由于机械惯性的原因,电机的转子转速未变。当同步转速w1小于转子转速w时,转子电流的相位几乎改变了180度,电机从电动状态变为发电状态;与此同时,电机轴上的转矩变成了制动转矩Te,使电机的转速迅速下降,电机处于再生制动状态。电机再生的电能P经续流二极管全波整流后反馈到直流电路。由于直流电路的电能无法通过整流桥回馈到电网,仅靠变频器本身的电容吸收,虽然其他部分能消耗电能,但电容仍有短时间的电荷堆积,形成“泵升电压”,使直流电压Ud升高。过高的直流电压将使各部分器

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件受到损害。因此,对于负载处于发电制动状态中必须采取必需的措施处理这部分再生能量--就是处理再生能量的方法:能耗制动和回馈制动。 1 能耗制动的工作方式

能耗制动采用的方法是在变频器直流侧加放电电阻单元组件,将再生电能消耗在功率电阻上来实现制动(如图二所示)。这是一种处理再生能量的最直接的办法,它是将再生能量通过专门的能耗制动电路消耗在电阻上,转化为热能,因此又被称为“电阻制动”,它包括制动单元和制动电阻二部分。 1.1 制动单元

制动单元的功能是当直流回路的电压Ud超过规定的限值时(如660V或710V),接通耗能电路,使直流回路通过制动电阻后以热能方式释放能量。制动单元可分内置式和外置式二种,前者是适用于小功率的通用变频器,后者则是适用于大功率变频器或是对制动有特殊要求的工况中。从原理上讲,二者并无区别,都是作为接通制动电阻的“开关”,它包括功率管、电压采样比较电路和驱动电路。 1.2 制动电阻

制动电阻是用于将电机的再生能量以热能方式消耗的载体,它包括电阻阻值和功率容量两个重要的参数。通常在工程上选用较多的是波纹电阻和铝合金电阻两种:前者采用表面立式波纹有利于散热减低寄生电感量,并选用高阻燃无机涂层,有效保护电阻丝不被老化,延长使用寿命;后者电阻器耐气候性、耐震动性,优于传统瓷骨架电阻器,广泛应用于高要求恶劣工控环境使用,易紧密安装、易附加散热器,外型美观。 1.3 制动过程

能耗制动的过程如下:A、当电机在外力作用下减速、反转时(包括被拖动),电机即以发电状态运行,能量反馈回直流回路,使母线电压升高;B、当直流电压到达制动单元开的状态时,制动单元的功率管导通,电流流过制动电阻;C、制动电阻消耗电能为热能,电机的转速降低,母线电压也降低;D、母线电压降至制动单元要关断的值,制动单元的功率管截止,制动电阻无电流流过;E、采样母线电压值,制动单元重复ON/OFF过程,平衡母线电压,使系统正常运行。

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1.4 安装要求

制动单元与变频器之间,以及制动单元与电阻之间的配线距离要尽可能短(线长在2m以下),导线要足够粗;

制动单元在工作时,电阻将大量发热,应此要充分注意散热,并使用耐热导线,导线请勿触及电阻器;

放电功率电阻应使用绝缘挡片固定牢固,安装位置要确保良好散热,建议电阻器安装在电控柜顶部。

1.5 制动单元与制动电阻的选配 A、首先估算出制动转矩

一般情况下,在进行电机制动时,电机内部存在一定的损耗,约为额定转矩的18%-22%左右,因此计算出的结果在小于此范围的话就无需接制动装置; B、接着计算制动电阻的阻值

在制动单元工作过程中,直流母线的电压的升降取决于常数RC,R即为制动电阻的阻值,C为变频器内部电解电容的容量。这里制动 单元动作电压值一般为710V。 C、然后进行制动单元的选择

在进行制动单元的选择时,制动单元的工作最大电流是选择的唯一依据,其计算公式如下:

最后计算制动电阻的标称功率

由于制动电阻为短时工作制,因此根据电阻的特性和技术指标,我们知道电阻的标称功率将小于通电时的消耗功率,一般可用下式求得:

制动电阻标称功率 = 制动电阻降额系数 X 制动期间平均消耗功率 X 制动使用率%

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2.6 制动特点

能耗制动(电阻制动)的优点是构造简单,缺点是运行效率降低,特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量,且制动电阻的容量将增大。

图二 能耗制动和制动单元、制动电阻的连接方式 2 共用直流母线方式的回馈制动

对于频繁启动、制动,或是四象限运行的电机而言,如何处理制动过程不仅影响系统的动态响应,而且还有经济效益的问题。于是,回馈制动成为人们讨论的焦点,然而在目前大部分的通用变频器还不能通过单独的一台变频器来实现再生能量的情况下,如何用最简单的办法来实现回馈制动呢?

为解决以上问题,这里介绍了一种共用直流母线方式的再生能量回馈系统,通过这种方式,它可以将制动产生的再生能量进行充分利用,从而起到既节约电能又处理再生电能的功效。 2.1 工作原理

我们知道通常意义上的异步电机多传动包括整流桥、直流母线供电回路、若干个逆变器,其中电机需要的能量是以直流方式通过PWM逆变器输出。在多传动方式下,制动时感生能量就反馈到直流回路。通过直流回路,这部分反馈能量就可以消耗在其他处在电动状态的电机上,制动要求特别高时,只需要在共用母线上并上一个共用制动单元即可。

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