机电专业毕业设计--变频器应用中的干扰及其抑制

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1、- 1 - 1 1 绪论绪论 它以很好的调速、节能性能，在各行各业中获得了广泛的应用。由于其采用软启动，可以 减少设备和电机的机械冲击，延长设备和电机的使用寿命。随着科学技术的高速发展，变频 器以其具有节电、节能、可靠、高效的特性应用到了工业控制的各个领域中，如变频调速在 供水、空调设备、过程控制、电梯、机床等方面的应用，保证了调节精度，减轻了工人的劳 动强度，提高了经济效益，但随之也带来了一些干扰问题。 现场的供电和用电设备会对变频器产生影响，变频器运行时产生的高次谐波也会干扰周 围设备的运行。变频器产生的干扰主要有三种：对电子设备的干扰、对通信设备的干扰及对 无线电等产生的干扰。对计算机和

2、自动控制装置等电子设备产生的干扰主要是感应干扰；对 通信设备和无线电等产生的干扰为放射干扰。如果变频器的干扰问题解决不好，不但系统无 法可靠运行，还会影响其他电子、电气设备的正常工作。因此有必要对变频器应用系统中的 干扰问题进行探讨，以促进其进一步的推广应用。 2 变频器变频器简介简介 2.1 变频器的原理变频器的原理 2.1.1 变频器控制电路组成变频器控制电路组成 如下图所示，控制电路由以下电路组成：频率、电压的运算电路、主电路的电压、电流 检测电路、电动机的速度检测电路、将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路，以及逆变 器和电动机的保护电路。 图 2-1 变频器控制电路 在图 1 点画线

3、内，无速度检测电路为开环控制，在控制电路增加了速度检测电路，即增 加速度指令，可以对异步电动机的速度进行控制更精确的闭环控制。 - 2 - 主回路主要由整流电路、限流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路和检测取样电路部 分组成。图 2-2 是它的结构图。 图 2-2 变频器主回路结构图 （1）运算电路将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定 逆变器的输出电压、频率。 （2）电压、电流检测电路 与主回路电位隔离检测电压、电流等。 （3）驱动电路 驱动电路是将主控电路中 CPU 产生的六个 PWM 信号，经光电隔离和放大后，作为逆变 电路的换流器件（逆变模块）提供驱动信号

4、。 对驱动电路的各种要求，因换流器件的不同而异。图 2-3 是较常见的驱动电路（驱动电 路电源见图 2-4） 。 图 2-3 驱动电路图 - 3 - 图 2-4 驱动电路电源图 （4）I/0 输入输出电路 为了变频器更好人机交互，变频器具有多种输入信号的输入 (比如运行、多段速度运行 等)信号，还有各种内部参数的输出“比如电流、频率、保护动作驱动等)信号。 （5）速度检测电路 以装在异步电动轴机上的速度检测器 (TG、PLG 等)的信号为速度信号，送入运算回路， 根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。 （6）保护电路 检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步

5、电 动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。 图 2-5 所示的电路是较典型的过流检测保护电路。由电流取样、信号隔离放大、信号放 大输出三部分组成 图 2-5 电流检测保护电路 2.1.2 自由地改变电机的旋转速度自由地改变电机的旋转速度 - 4 - 图 2-6 变频器控制电机转速接线图 （1) r/min 电机转速单位：每分钟旋转次数，也可表示为 rpm，如：4 极电机 60Hz 1800r/min，4 极电机 50Hz 1500r/min，电机的转速同频率成比例。 交流电动机的同步转速表达式位： n60 f(1s)/p (1) 式中 n异步电动机的转速； f异步电动机的频率； s电动

6、机转差率； p电动机极对数。 由式(1)可知，转速 n与频率 f 成正比，只要改变频率 f 即可改变电动机的转速，当频率 f 在 050Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源 频率实现速度调节的 电机极数是固定不变的，极数是一个不连续的数值，为 2 的倍数。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，这样电机的转速就可以被 自由的控制。n=60f/p，其中 n 为同步速度、f 为电源频率、p 为电机极数，改变频率和电压 是最优的电机控制方法。仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时，该问题更突出。 为防止电机烧毁，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压，例如：为使电机转速减半， 变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz ， 变频器的输出电压就必须从200V改变到100V 。 2.1.3 基本概念基本概念 （1）VVVF 变压变频（Variable Voltage and Variable Frequency） （2）CVCF 恒压恒率（Constant Volta