REXROTH變頻器的功能作用有哪些

REXROTH變頻器的功能作用有哪些

1．REXROTH變頻器按輸入電壓等級分類

REXROTH變頻器按輸入電壓等級可分壓變頻器和高壓變頻器，壓變頻器國內(nèi)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，控制方式一般是按一高變頻器或高一高變頻器方式進(jìn)行變換的。

2．按變換頻率的方法分類

REXROTH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(zhuǎn)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(zhuǎn)變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可以調(diào)節(jié)的交流電，故又稱為間接型變頻器。

3．按直流電源的性質(zhì)分類

在交-直-交型REXROTH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(zhì)分為電壓型變頻器和電流型變頻器。

控制方式：

壓通用變頻輸出電壓為380～650V，輸出功率為0.75～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都采用交—直—交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代：

正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式→電壓空間矢量(SVPWM)控制方式→矢量控制(VC)方式→直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式→矩陣式交—交控制方式

一、什么是變頻器

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。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(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成的。

變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要運(yùn)算的變頻器來說，有時(shí)還需要一個進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。

二、變頻器的原理

在嵌入式開發(fā)中，經(jīng)常會涉及到對電機(jī)的控制，目前交流電動機(jī)的變頻控制應(yīng)用非常廣泛，所以我們來簡單看圖介紹下變頻器，假設(shè)各位已經(jīng)了解電機(jī)的原理。

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(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。

典型的變頻器系統(tǒng)圖如下所示. 主要包括，操作面板，VFD控制器，電機(jī)等部分

1、典型的結(jié)構(gòu)：

主要包括:控制平臺，測量電路，功率電路，保護(hù)電路等

常見的變頻器有兩種類型：電壓型和電流型，其中功率逆變部分多使用IGBT和IGCT等功率管。

2、典型算法：

其中以西門子為代表的控制算法主要是基于坐標(biāo)變換(矢量控制)，以ABB為代表的算法有興趣的朋友可以自行查找資料獲取(直接轉(zhuǎn)矩控制)，這里不在贅述。

3、矢量控制：

許多芯片MCU，MPU廠商都給出了變頻矢量控制的框圖和算法庫，有興趣的可以研究研究，例如下圖為微芯科技(Microchip)給出的框圖

三、變頻器的作用

1、變頻節(jié)能

變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用上。為了的性，各種機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動力驅(qū)動時(shí)，都留有一定的富余量。當(dāng)電機(jī)不能在滿負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，除達(dá)到動力驅(qū)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(fèi)。風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，且的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)，如果流量要求減小，通過降泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。

電動機(jī)使用變頻器的作用就是為了調(diào)速，并降啟動電流。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備要把電源的交流電變換為直流電（DC），這個過程叫整流。把直流電（DC）變換為交流電（AC）的裝置，其科學(xué)術(shù)語為“inverter”(逆變器)。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源。對于逆變?yōu)轭l率可調(diào)、電壓可調(diào)的逆變器我們稱為變頻器。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要是用在三相異步電動機(jī)調(diào)速用，又叫變頻調(diào)速器。對于主要用在儀器儀表的檢測設(shè)備中的波形要求較高的可變頻率逆變器，要對波形進(jìn)行整理，可以輸出標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，叫變頻電源。一般變頻電源是變頻器的15－－20倍。由于變頻器設(shè)備中產(chǎn)生變化的電壓或頻率的主要裝置叫“inverter”，故該產(chǎn)品本身就被命名為“inverter”，即：變頻器。

變頻不是到處可以省電，有不少場合用變頻并不一定能省電。作為電子電路，變頻器本身也要耗電（約額定功率的3-5%）。一臺1.5匹的空調(diào)自身耗電算下來也有20-30W,相當(dāng)于一盞長明燈. 變頻器在工頻下運(yùn)行，具有節(jié)電功能，是事實(shí)。但是他的前提條件是

矩陣式交—交控制方式的具體方法：

1、控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器，實(shí)現(xiàn)無速度傳感器方式；

2、自動識別(ID)依靠的電機(jī)數(shù)學(xué)模型，對電機(jī)參數(shù)自動識別；

3、算出實(shí)際值對應(yīng)定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實(shí)際的轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈、轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制；

4、實(shí)現(xiàn)Band—Band控制按磁鏈和轉(zhuǎn)矩的Band—Band控制產(chǎn)生PWM信號，對逆變器開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。

矩陣式交—交變頻具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)(<2ms)，很高的速度精度(±2%，無PG反饋)，高轉(zhuǎn)矩精度(<+3%)；同時(shí)還具有較高的起動轉(zhuǎn)矩及高轉(zhuǎn)矩精度，尤其在速時(shí)(包括0速度時(shí))，可輸出150%～200%轉(zhuǎn)矩。

REXROTH變頻器的基片已從Si（硅）變換為SiC（碳化硅），使電力電子新元件具有耐高壓、功耗、耐高溫的；并制造出體積小、容量大的驅(qū)動裝置；磁鐵電動機(jī)也正在開發(fā)研制之中。隨著IT技術(shù)的迅速普及，變頻器相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速

1、REXROTH變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用上。風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載采用變頻調(diào)速后，節(jié)電率為20%～60%，這是因?yàn)轱L(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的實(shí)際消耗功率基本與轉(zhuǎn)速的三次方成比例。

2、在自動化系統(tǒng)中應(yīng)用：

由于REXROTH變頻器內(nèi)置有32位或16位的微處理器，具有多種算術(shù)邏輯運(yùn)算和智能控制功能，輸出頻率精度為0.1%~0.01%，且設(shè)置有完善的檢測、保護(hù)環(huán)節(jié)，因此，在自動化系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。

3、在提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量方面的應(yīng)用：

變頻器還可以廣泛應(yīng)用于傳送、起重、擠壓和機(jī)床等各種機(jī)械設(shè)備控制領(lǐng)域，它可以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，減少設(shè)備的沖擊和噪聲，延長設(shè)備的使用壽命。采用變頻調(diào)速控制后，使機(jī)械系統(tǒng)簡化，操作和控制更加方便，有的甚至可以改變原有的工藝規(guī)范，從而提高了整個設(shè)備的功能。

4、實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動：

REXROTH變頻器硬啟動不僅會對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動對擋板和閥門的損害對設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻器后，變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始變化，值也不過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命，同時(shí)也節(jié)省設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。