宁夏西门子变频器总代理 原厂原装正品

 和PLC一样，变频器是一种可编程的电气设备。在变频器接入电路工作前，要根据通用变频器的实际应用修定变频器的功能码（参数）。功能码一般有数十条甚至上百条，涉及调速操作端口*、频率变化范围、力矩控制、系统保护等各个方面。功能码在出厂时已按默认值存储。修订是为了使变频器的性能与实际工作任务更加匹配。变频器与外界交换信息的接口很多，除了主电路的输入与输出接线端外，控制电路还设有许多输入/输出端子，另有通信接口及一个操作面板，功能码的修订一般就通过操作面板完成。图9-4为变频器的操作面板，图9-5为变频器的接线图。

通用变频器的操作面板

    图9-4    通用变频器的操作面板

    变频器的输出频率控制有以下四种方式。

    (1)操作面板控制方式。这是通过操作面板上的按钮手动设置输出频率的一种操作方式。具体操作方法又有两种：一种是按面板上频率上升或频率下降的按钮调节输出频率；另一种是通过直接设定频率数值调节输出频率。

    (2)外输入端子数字量频率选择操作方式。变频器常设有多段频率选择功能。各段频率值通过功能码设定，频率段的选择通过外部端子选择。变频器通常在控制端子中设置一些控制端，如图9-5中的端子X1、X2、X3，它们的7种组合可选定7种工作频率值。这些端子的接通组合可通过机外设备，如PLC控制实现。

通用变频器的接线图

    图9-5    通用变频器的接线图

    (3)外输入端子模拟量频率选择操作方式。为了方便与输出量为模拟电流或电压的调节器、控制器的连接，变频器还设有模拟量输入端，如图9-5中的C1端为电流输入端，L1、L2、L3端为三相电压输入端。当接在这些端口上的电流或电压量在一定范围内平滑变化时，变频器的输出频率也在一定范围内平滑变化。

    (4)通信数字量操作方式。为了方便与网络接口，变频器一般都设有网络接口，都可以通过通信方式接收频率变化指令。不少变频器生产厂家还为自己的变频器与PLC通信设计了**的协议，如西门子公司的uss协议即是MM400系列变频器的**通信协议。

从频率变换的形式来说，变频器分为交-交和交-直-交两种形式。交-交变频器可将工频交流电直接变换成频率、电压均可控制的交流电，称为直接式变频器，价格较高。而交-直-交变频器则是先把工频交流电通过整流变成直流电，然后再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电，又称间接式变频器。市售通用变频器多是交-直-交变频器，其基本结构如图9-2所示，它由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制电路组成，现将各部分的功能分述如下：

交-直-交变频器的基本结构

    图9-2    交-直-交变频器的基本结构

    (1)整流器。电网侧的变流器是整流器，它的作用是把三相（也可以是单相）交流整流为直流。

    (2)中间直流环节（直流中间电路）。直流中间电路的作用是对整流电路的输出进行平滑，以保证逆变电路及控制电源得到质量较高的直流电源。由于逆变器的负载多为异步电动机，因而属于感性负载。无论电动机处于电动状态还是发电制动状态，其功率因数总不会为1，因此在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件（电容器或电抗器）来缓冲，所以又常称直流中间环节为中间直流储能环节。

    (3)逆变器。负载侧的变流器为逆变器。逆变器的主要作用是在控制电路的控制下将直流平滑输出电路的直流电源转换为频率及电压都可以任意调节的交流电源。逆变电路的输出就是变频器的输出。

    (4)控制电路。变频器的控制电路包括主控制电路、信号检测电路、门较驱动电路、外部接口电路及保护电路等几个部分，其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压进行控制及完成各种保护功能。控制电路是变频器的核心部分，其性能的优劣决定了变频器的性能。

    一般三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成，直流中间电路的储能元件在整流电路是电压源时是大容量的电解电容，在整流电路是电流源时是大容量的电感。为了电动机制动的需要，中间电路中有时还包括制动电阻及一些辅助电路。逆变电路较常见的结构形式是利用6个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。有规律地控制逆变器中主开关的通与断，可以得到任意频率的三相交流输出。现代变频器控制电路的核心器件是微型计算机，全数字化控制为变频器的优良性能提供了硬件**。图9-3所示为电压型变频器和电流型变频器主电路的基本结构。

从频率变换的形式来说，变频器分为交-交和交-直-交两种形式。交-交变频器可将工频交流电直接变换成频率、电压均可控制的交流电，称为直接式变频器，价格较高。而交-直-交变频器则是先把工频交流电通过整流变成直流电，然后再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电，又称间接式变频器。市售通用变频器多是交-直-交变频器，其基本结构如图9-2所示，它由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制电路组成，现将各部分的功能分述如下：

交-直-交变频器的基本结构

    图9-2    交-直-交变频器的基本结构

    (1)整流器。电网侧的变流器是整流器，它的作用是把三相（也可以是单相）交流整流为直流。

    (2)中间直流环节（直流中间电路）。直流中间电路的作用是对整流电路的输出进行平滑，以保证逆变电路及控制电源得到质量较高的直流电源。由于逆变器的负载多为异步电动机，因而属于感性负载。无论电动机处于电动状态还是发电制动状态，其功率因数总不会为1，因此在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件（电容器或电抗器）来缓冲，所以又常称直流中间环节为中间直流储能环节。

    (3)逆变器。负载侧的变流器为逆变器。逆变器的主要作用是在控制电路的控制下将直流平滑输出电路的直流电源转换为频率及电压都可以任意调节的交流电源。逆变电路的输出就是变频器的输出。

    (4)控制电路。变频器的控制电路包括主控制电路、信号检测电路、门较驱动电路、外部接口电路及保护电路等几个部分，其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压进行控制及完成各种保护功能。控制电路是变频器的核心部分，其性能的优劣决定了变频器的性能。

    一般三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成，直流中间电路的储能元件在整流电路是电压源时是大容量的电解电容，在整流电路是电流源时是大容量的电感。为了电动机制动的需要，中间电路中有时还包括制动电阻及一些辅助电路。逆变电路较常见的结构形式是利用6个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。有规律地控制逆变器中主开关的通与断，可以得到任意频率的三相交流输出。现代变频器控制电路的核心器件是微型计算机，全数字化控制为变频器的优良性能提供了硬件**。图9-3所示为电压型变频器和电流型变频器主电路的基本结构。

  交流变频器是微计算机及现代电力电子技术高度发展的结果。微计算机是变频器的核心，电力电子器件构成了变频器的主电路。大家都知道，从发电厂送出的交流电的频率是恒定不变的，在我国是50周每秒。交流电动机的同步转速

    n1=60f1/p

式中：n1为同步转速，单位为r/min；f1为定子频率，单位为Hz；p为电机的磁较对数。

    异步电动机转速

式中，s为转差率，s= (n1-n)/n1，一般小于3%，均与送入电机的电流频率，成正比例或接近于正比例。因此，改变频率可以方便地改变电机的运行速度，也即变频对于交流电机的调速是十分合适的。

  变频器采用的整流电路主要有两种：不可控整流电路和可控整流电路。

    1．不可控整流电路

    不可控整流电路以二极管作为整流器件，其整流过程不可控制。图4-2是一种典型的不可控三相桥式整流电路。

    2．可控整流电路

    可控整流电路采用可控电力电子器件（如晶闸管、IGBT等）作为整流器件，其整流输出电压大小可以通过改变开关器件的导通、关断来调节。图4-3是一种常见的单相半控桥式整流电路，VS1、VS2为单向晶闸管，它们的G较连接在一起，触发信号UG同时送到两管的G较。

 ACS1000是ABB推出的较新一代高压变频电源。驱动功率范围315~5000kW，电压等级有2.3、3.3kV和4.16kV，12脉冲和18脉冲两种类型。它采用新型半导体开关器件——集成门较换流晶闸管IGCT，功率输出回路不串联，省却了复杂的串、并联输出回路及相关的保护电路，元器件少，提高了可靠性，并防止了由于半导体器件使用过程中性能漂移而必须的保护电路元件的备品更换，图2-16为IGCT变频电源电路结构图。

IGCT变频器电路结构图

    图2-16    IGCT变频器电路结构图

    输入整流桥向直流母排提供直流电压和电流，它们以串联方式连接，其电压是叠加的。对应于交流输出电压2.3、3.3、4.0kV的直流母排电压分别为3400、4880、5950V。由于串联连接，所有直流母线的电流均流过两组整流桥。输入整流桥由与变压器一次侧相串联的主断路器来保护。

    直流母排中的IGCT与输入整流桥的正端和负端串联，起预充电和保护作用。在通电的初始阶段，IGCT呈截止状态，电容器通过预充电电阻充电。一旦直流电压上升至其较终值的79%，IGCT进入导通状态，成为输入整流桥和直流母线排的主连接通道，一旦出现输出电流故障，IGCT马上截止以防整流桥故障。IGCT的快速关断能力(大约1μS)使变频电源具有非常优越的无熔丝故障保护功能。

    由IGCT构成的变频电源中有两个电抗器，用来限制输入到逆变器电路中相应的上、下两部分电流的上升率，以防止IGCT承受过高的di/dt。当直连接在直流母排上的一个IGCT导通时，从直流母排上吸收的电流*增加，在很短时间内（几微秒），电抗器产生一个反电动势阻止电流的增大，从而有效地抑制di/dt。与每一个电抗器相关的二极管、电阻和电容器组将电抗器在上述过程中储存的能量释放掉，防止逆变器中IGCT关断时过高的电压加到IGCT上。

    ICCT是变频电源的心脏，它以脉宽调制(PWM)方式控制输入频率和输出电压的幅值，由于ACS1000采用了直接转矩控制(DTC)技术，不需要特殊的脉宽调制器。在逆变器中有三个电位：直流母排正电位、中性点N和直流母排负电位。在逆变器工作的某一时间，每一桥臂上中间的两个IGCT会产生中性点钳位作用。

    逆变器的输出直接接到一组低通LC正弦波滤波器上，该滤波器对逆变器输出进行滤波并消除高频电压成分，大大减小了加到电动机的电压谐波含量，可以使用普通电动机。du/dt的影响也大大削弱，电动机出线端的电压振荡得到消除。LC滤波器中的电容器为Y接，公共点接地，可以有效地使逆变器正常工作时产生的共模电压与电动机隔离，可有效的解决由共模电压的快速变化而引起的电动机高频轴电流问题。

    ACS1000变频电源具有*特的电动机辨识(ID)功能，以寻找较优的电动机控制策略。电动机辨识(ID)功能作为常规调试的一部分，将电动机的基本数据输入到变频电源之后，以手动方式起动电动机ID识别运行，ID识别运行期间，变频电源通过监测电动机对所施加的电源的响应建立精确的电动机模型，确定电动机定子与励磁电抗以及定子电阻R，并考虑电动机的饱和效应，以及计算定子磁通、实时力矩、轴转速。DTC控制器就是利用这个模型精确地扩展变频电源和电动机的运行。图2-17为直接转矩控制原理结构框图。

直接转矩控制原理框图

    图2-17    直接转矩控制原理框图

    检测电路检测电动机的两个相电流和中间直流电压及开关位置状态。因此可以通过准确的电动机数学模型来计算实时定子磁通、转矩与轴的转速，将计算出的上述实时值与给定值进行比较，并通过调节器的调节就可以通过较佳开关逻辑分别控制电机的磁通、转矩、轴的转速。