上班美术学院人体模特:变频器原理、交流接触器结构与工作原理-渊源-新浪BLOG

来源:百度文库 编辑:北方网 时间:2020/02/29 08:10:10
变频器原理

  一、基础知识

  1、概述

  各国使用的交流供电电源,无论是用于家庭还是用于工厂,其电压和频率均200V/60Hz(50Hz)或100V/60Hz(50Hz),等等。通常,把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率,该设备首先要把电源的交流电变换为直流电(DC)。把直流电(DC)变换为交流电(AC)的装置,其科学术语为“inverter”(逆变器)。由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”,故该产品本身就被命名为“inverter”,即:变频器,变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中不仅有电机(例如空调等),还有荧光灯等产品。用于电机控制的变频器,既可以改变电压,又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。汽车上使用的由电池(直流电)产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电,在该项应用中,变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。

  2. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变?

  r/min电机旋转速度单位:每分钟旋转次数,也可表示为rpm.例如:4极电机 60Hz 1,800 [r/min],4极电机 50Hz 1,500 [r/min],电机的旋转速度同频率成比例。

  本文中所指的电机为感应式交流电机,在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机(以后简称为电机)的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值(为2的倍数,例如极数为2,4,6),所以不适和改变该值来调整电机的速度。另外,频率是电机供电电源的电信号,所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机,这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此,以控制频率为目的的变频器,是做为电机调速设备的优选设备。n= 60f/p,n: 同步速度,f: 电源频率 ,p: 电机极数,改变频率和电压是最优的电机控制方法。如果仅改变频率,电机将被烧坏。特别是当频率降低时,该问题就非常突出。为了防止电机烧毁事故的发生,变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压,例如:为了使电机的旋转速度减半,变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz,这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。

  如果要正确的使用变频器, 必须认真地考虑散热的问题。变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。使用寿命随温度升高而成指数的下降。环境温度升高10度,变频器使用寿命减半。因此,我们要重视散热问题啊!在变频器工作时,流过变频器的电流是很大的,变频器产生的热量也是非常大的,不能忽视其发热所产生的影响。通常,变频器安装在控制柜中。我们要了解一台变频器的发热量大概是多少. 可以用以下公式估算: 发热量的近似值= 变频器容量(KW)×55[W]在这里, 如果变频器容量是以恒转矩负载为准的(过流能力150% × 60s) 如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器, 并且也在柜子里面,这时发热量会更大一些。电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。这时可以用估算: 变频器容量(KW)×60 [W]因为各变频器厂家的硬件都差不多,所以上式可以针对各品牌的产品. 注意:如果有制动电阻的话,因为制动电阻的散热量很大,因此最好安装位置最好和变频器隔离开,如装在柜子上面或旁边等。那么, 怎样采能降低控制柜内的发热量呢?

  当变频器安装在控制机柜中时,要考虑变频器发热值的问题。根据机柜内产生热量值的增加,要适当地增加机柜的尺寸。因此,要使控制机柜的尺寸尽量减小,就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。如果在变频器安装时,把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面,将会使变频器有70%的发热量释放到控制机柜的外面。由于大容量变频器有很大的发热量,所以对大容量变频器更加有效。还可以用隔离板把本体和散热器隔开,使散热器的散热不影响到变频器本体。这样效果也很好。变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的,横着放散热会变差的!

  关于冷却风扇一般功率稍微大一点的变频器,都带有冷却风扇。同时,也建议在控制柜上出风口安装冷却风扇。进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。

  注意控制柜和变频器上的风扇都是要的,不能谁替代谁。

  二、其他关于散热的问题

  1.在海拔高于1000m的地方,因为空气密度降低,因此应加大柜子的冷却风量以改善冷却效果。理论上变频器也应考虑降容,1000m每-5%。但由于实际上因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大,所以也要看具体应用。比方说在1500m的地方,但是周期性负载,如电梯,就不必要降容。

  2.开关频率:变频器的发热主要来自于IGBT,IGBT的发热有集中在开和关的瞬间。因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。有的厂家宣称降低开关频率可以扩容,就是这个道理。

  3.矢量控制是怎样使电机具有大的转矩的?

  转矩提升功能是提高变频器的输出电压。然而即使提高很多输出电压,电机转矩并不能和其电流相对应的提高。

  因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量(如励磁分量)。"矢量控制"把电机的电流值进行分配,从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量(如励磁分量)的数值。"矢量控制"可以通过对电机端的电压降的响应,进行优化补偿,在不增加电流的情况下,允许电机产出大的转矩。此功能对改善电机低速时温升也有效。

  三、变频器制动的情况

  制动的概念:指电能从电机侧流到变频器侧(或供电电源侧),这时电机的转速高于同步转速.负载的能量分为动能和势能.

  动能(由速度和重量确定其大小)随着物体的运动而累积。当动能减为零时,该事物就处在停止状态。机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。对于变频器,如果输出频率降低,电机转速将跟随频率同样降低。这时会产生制动过程.

  由制动产生的功率将返回到变频器侧。这些功率可以用电阻发热消耗。在用于提升类负载,在下降时,能量(势能)也要返回到变频器(或电源)侧,进行制动.这种操作方法被称作"再生制动",而该方法可应用于变频器制动。在减速期间,产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉,而是把能量返回送到变频器电源侧的方法叫做"功率返回再生方法"。在实际中,这种应用需要"能量回馈单元"选件。

  四、怎样提高制动能力?

  为了用散热来消耗再生功率,需要在变频器侧安装制动电阻。为了改善制动能力,不能期望靠增加变频器的容量来解决问题。请选用"制动电阻"、"制动单元"或"功率再生变换器"等选件来改善变频器的制动容量。

  当电机的旋转速度改变时,其输出转矩会怎样?

  我们经常听到下面的说法:"电机在工频电源供电时(*2)时,电机的起动和加速冲击很大,而当使用变频器供电时,这些冲击就要弱一些"。如果用大的电压和频率起动电机,例如使用工频电网直接供电,就会产生一个大的起动冲击(大的起动电流(*3))。而当使用变频器时,变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的,所以电机产生的转矩要小于工频电网供电的转矩值。所以变频器驱动的电机起动电流要小些。通常,电机产生的转矩要随频率的减小(速度降低)而减些减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。通过使用磁通矢量控制的变频器,将改善电机低速时转矩的不足,甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。当变频器调速到大于60Hz频率时,电机的输出转矩将降低。通常的电机是按50Hz(60Hz)电压设计制造的,其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速.

  (T=Te,P<=Pe)

  变频器输出频率大于50Hz频率时,电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。当电机以大于60Hz频率速度运行时,电机负载的大小必须要给予考虑,以防止电机输出转矩的不足。举例,电机在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1/2。因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速.(P=Ue*Ie)

  参考:

  *1:

  转矩提升:此功能增加变频器的输出电压,以使电机的输出转矩和电压的平方成正比的关系增加,从而改善电机的输出转矩。改善电机低速输出转矩不足的技术,使用"矢量控制",可以使电机在低速,如(无速度传感器时)1Hz(对4极电机,其转速大约为30r/min)时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电输出的转矩(最大约为额定转矩的150%)。对于常规的V/F控制,电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加,这就导致由于励磁不足,而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足,变频器中需要通过提高电压,来补偿电机速度降低而引起的电压降。变频器的这个功能叫做"转矩提升"(*1)。

  *2: 工频电源由电网提供的动力电源(商用电源)

  *3: 起动电流当电机开始运转时,变频器的输出电流变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动。

  交流接触器结构与工作原理

  (一)如图l所示为交流接触器的外形与结构示意图。交流接触器由以下四部分组成:

  图1 CJ10-20型交流接触器

  


  1一灭弧罩 2一触点压力弹簧片 3一主触点 4一反作用弹簧 5一线圈 6一短路环 7一静铁心 8一弹簧 9一动铁心

  10一辅助常开触点 11一辅助常闭触点

  (1)电磁机构 电磁机构由线圈、动铁心(衔铁)和静铁心组成,其作用是将电磁能转换成机械能,产生电磁吸力带动触点动作。

  (2)触点系统 包括主触点和辅助触点。主触点用于通断主电路,通常为三对常开触点。辅助触点用于控制电路,起电气联锁作用,故又称联锁触点,一般常开、常闭各两对。

  (3)灭弧装置 容量在10A以上的接触器都有灭弧装置,对于小容量的接触器,常采用双断口触点灭弧、电动力灭弧、相间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧。对于大容量的接触器,采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧。

  (4)其他部件 包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构及外壳等。

  电磁式接触器的工作原理如下:线圈通电后,在铁芯中产生磁通及电磁吸力。此电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合,带动触点机构动作,常闭触点打开,常开触点闭合,互锁或接通线路。线圈失电或线圈两端电压显著降低时,电磁吸力小于弹簧反力,使得衔铁释放,触点机构复位,断开线路或解除互锁。

  (二)直流接触器

  直流接触器的结构和工作原理基本上与交流接触器相同。在结构上也是由电磁机构、触点系统和灭弧装置等部分组成。由于直流电弧比交流电弧难以熄灭,直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧。

  交流接触器的分类及基本参数

  1.交流接触器的分类

  交流接触器的种类很多,其分类方法也不尽相同。按照一般的分类方法,大致有以下几种。

  ①按主触点极数分 可分为单极、双极、三极、四极和五极接触器。单极接触器主要用于单相负荷,如照明负荷、焊机等,在电动机能耗制动中也可采用;双极接触器用于绕线式异步电机的转子回路中,起动时用于短接起动绕组;三极接触器用于三相负荷,例如在电动机的控制及其它场合,使用最为广泛;四极接触器主要用于三相四线制的照明线路,也可用来控制双回路电动机负载;五极交流接触器用来组成自耦补偿起动器或控制双笼型电动机,以变换绕组接法。

  ②按灭弧介质分 可分为空气式接触器、真空式接触器等。依靠空气绝缘的接触器用于一般负载,而采用真空绝缘的接触器常用在煤矿、石油、化工企业及电压在660V和1140V等一些特殊的场合。

  ③按有无触点分 可分为有触点接触器和无触点接触器。常见的接触器多为有触点接触器,而无触点接触器属于电子技术应用的产物,一般采用晶闸管作为回路的通断元件。由于可控硅导通时所需的触发电压很小,而且回路通断时无火花产生,因而可用于高操作频率的设备和易燃、易爆、无噪声的场合。

  2.交流接触器的基本参数

  (1)额定电压 指主触点额定工作电压,应等于负载的额定电压。一只接触器常规定几个额定电压,同时列出相应的额定电流或控制功率。通常,最大工作电压即为额定电压。常用的额定电压值为220V、380V、660V等。

  (2)额定电流 接触器触点在额定工作条件下的电流值。380V三相电动机控制电路中,额定工作电流可近似等于控制功率的两倍。常用额定电流等级为5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。

  (3)通断能力 可分为最大接通电流和最大分断电流。最大接通电流是指触点闭合时不会造成触点熔焊时的最大电流值;最大分断电流是指触点断开时能可靠灭弧的最大电流。一般通断能力是额定电流的5~10倍。当然,这一数值与开断电路的电压等级有关,电压越高,通断能力越小。

  (4)动作值 可分为吸合电压和释放电压。吸合电压是指接触器吸合前,缓慢增加吸合线圈两端的电压,接触器可以吸合时的最小电压。释放电压是指接触器吸合后,缓慢降低吸合线圈的电压,接触器释放时的最大电压。一般规定,吸合电压不低于线圈额定电压的85%,释放电压不高于线圈额定电压的70%

  (5)吸引线圈额定电压 接触器正常工作时,吸引线圈上所加的电压值。一般该电压数值以及线圈的匝数、线径等数据均标于线包上,而不是标于接触器外壳铭牌上,使用时应加以注意。

  (6)操作频率 接触器在吸合瞬间,吸引线圈需消耗比额定电流大5~7倍的电流,如果操作频率过高,则会使线圈严重发热,直接影响接触器的正常使用。为此,规定了接触器的允许操作频率,一般为每小时允许操作次数的最大值。

  (7)寿命 包括电寿命和机械寿命。目前接触器的机械寿命已达一千万次以上,电气寿命约是机械寿命的5%~20%

  接触器的符号与型号说明

  1.接触器的符号

  接触器的图形符号如图l所示,文字符号为KM。

  


  


  2.接触器的型号说明

  例如:CJl0Z-40/3

  为交流接触器,设计序号10,重任务型,额定电流40A主触点为3极。CJl2T-250/3为改型后的交流接触器,设计序号12,额定电流250A,3个主触点。

  我国生产的交流接触器常用的有CJl0,CJl2,CJX1,CJ20等系列及其派生系列产品,CJ0系列及其改型产品已逐步被CJ20、CJX系列产品取代。上述系列产品一般具有三对常开主触点,常开、常闭辅助触点各两对。直流接触器常用的有CZ0系列,分单极和双极两大类,常开、常闭辅助触点各不超过两对。

  除以上常用系列外,我国近年来还引进了一些生产线,生产了一些满足IEC标准的交流接触器,下面作以简单介绍。

  CJl2B-S系列锁扣接触器用于交流50Hz,电压380V及以下、电流600A及以下的配电电路中,供远距离接通和分断电路用,并适宜于不频繁地起动和停止交流电动机。具有正常工作时吸引线圈不通电、无噪声等特点。其锁扣机构位于电磁系统的下方。锁扣机构靠吸引线圈通电,吸引线圈断电后靠锁扣机构保持在锁住位置。由于线圈不通电,不仅无电力损耗,而且消除了磁噪音。

  由德国引进的西门子公司的3TB系列、BBC公司的B系列交流接触器等具有80年代初水平。它们主要供远距离接通和分断电路,并适用于频繁地起动及控制交流电动机。3TB系列产品具有结构紧凑、机械寿命和电气寿命长、安装方便、可靠性高等特点。额定电压为220~660V,额定电流为9~630A。

  如何选用交流接触器?接触器的选用步骤

  交流接触器的选用,应根据负荷的类型和工作参数合理选用。具体分为以下步骤:

  1.选择接触器的类型

  交流接触器按负荷种类一般分为一类、二类、三类和四类,分别记为AC1 、AC2 、AC3和AC4。一类交流接触器对应的控制对象是无感或微感负荷,如白炽灯、电阻炉等;二类交流接触器用于绕线式异步电动机的起动和停止;三类交流接触器的典型用途是鼠笼型异步电动机的运转和运行中分断;四类交流接触器用于笼型异步电动机的起动、反接制动、反转和点动。

  2.选择接触器的额定参数

  根据被控对象和工作参数如电压、电流、功率、频率及工作制等确定接触器的额定参数。

  1)接触器的线圈电压,一般应低一些为好,这样对接触器的绝缘要求可以降低,使用时也较安全。但为了方便和减少设备,常按实际电网电压选取。

  2)电动机的操作频率不高,如压缩机、水泵、风机、空调、冲床等,接触器额定电流大于负荷额定电流即可。接触器类型可选用CJl0、CJ20等。

  3)对重任务型电机,如机床主电机、升降设备、绞盘、破碎机等,其平均操作频率超过100次/min,运行于起动、点动、正反向制动、反接制动等状态,可选用CJl0Z、CJl2型的接触器。为了保证电寿命,可使接触器降容使用。选用时,接触器额定电流大于电机额定电流。

  4)对特重任务电机,如印刷机、镗床等,操作频率很高,可达600~12000次/h,经常运行于起动、反接制动、反向等状态,接触器大致可按电寿命及起动电流选用,接触器型号选CJl0Z、CJl2等。

  5)交流回路中的电容器投入电网或从电网中切除时,接触器选择应考虑电容器的合闸冲击电流。一般地,接触器的额定电流可按电容器的额定电流的1.5倍选取,型号选CJ10、CJ20等。

  6)用接触器对变压器进行控制时,应考虑浪涌电流的大小。例如交流电弧焊机、电阻焊机等,一般可按变压器额定电流的2倍选取接触器,型号选CJl0、CJ20等。

  7)对于电热设备,如电阻炉、电热器等,负荷的冷态电阻较小,因此起动电流相应要大一些。选用接触器时可不用考虑(起动电流),直接按负荷额定电流选取。型号可选用CJl0、CJ20等。

  8)由于气体放电灯起动电流大、起动时间长,对于照明设备的控制,可按额定电流1.1~1.4倍选取交流接触器,型号可选CJl0、CJ20等。

  9)接触器额定电流是指接触器在长期工作下的最大允许电流,持续时间≤8h,且安装于敞开的控制板上,如果冷却条件较差,选用接触器时,接触器的额定电流按负荷额定电流的110%~120%选取。对于长时间工作的电机,由于其氧化膜没有机会得到清除,使接触电阻增大,导致触点发热超过允许温升。实际选用时,可将接触器的额定电流减小30%使用

  交流接触器的原理、选择和接法

  这几天做一个小控制电路,因此查了一下交流接触口器的资料,在这与大家共享。

  交流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主接点来开闭电路,用辅助接点来执行控制指令。主接点一般只有常开接点,而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点,小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。

  交流接触器的接点,由银钨合金制成,具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。

  交流接触器主要有四部分组成:(1)电磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯;(2)触头系统,包括三副主触头和两个常开、两个常闭辅助触头,它和动铁芯是连在一起互相联动的;(3)灭弧装置,一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置,以便迅速切断电弧,免于烧坏主触头;(4)绝缘外壳及附件,各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。

  工作原理:

  当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合,由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时运行,触点闭合,从而接通电源。当线圈断电时,吸力消失, 动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,切断电源。

  


  交流接触器的选择:

  (1)持续运行的设备。接触器按67-75%算.即100A的交流接触器,只能控制最大额定电流是67-75A以下的设备。

  (2)间断运行的设备。接触器按80%算.即100A的交流接触器,只能控制最大额定电流是80A以下的设备。

  (3)反复短时工作的设备。接触器按116-120%算。即100A的交流接触器,只能控制最大额定电流是116-120A以下的设备。

  还要考虑工作环境和接触器的结构形式。

  还要说明的一点是:由于市场竞争激烈,国内有些厂家为降低成本,已经在偷工减料,比如:在线圈的制作减小线径甚至少绕匝数,在触头上用不符合国标的材料或厚度和截面都不够。这种情况不仅体现在接触器上,在其他如短路器等产品上也是如此。造成在实际使用中,标的是100A的接触器或短路器,其实际负载量只能在80A甚至更低,故障率很高。所以,现在有流行的说法是:用国产低端产品,要按其铭牌说明的额定容量打7折使用!

  接法:

  一:一般三相接触器一共有8个点,三路输入,三路输出,还有是控制点两个。输出和输入是对应的,很容易能看出来。如果要加自锁的话,则还需要从输出点的一个端子将线接到控制点上面。

  二:首先应该知道交流接触器的原理。他是用外界电源来加在线圈上,产生电磁场。加电吸合,断电后接触点就断开。知道原理后,你应该弄清楚外加电源的接点,也就是线圈的两个接点,一般在接触器的下部,并且各在一边。其他的几路输入和输出一般在上部,一看就知道。还要注意外加电源的电压是多少(220V或380V),一般都标得有。并且注意接触点是常闭还是常开。如果有自锁控制,根据原理理一下线路就可以了。