變頻器基礎原理

1、變頻器根底原理知識 變頻器根底*1: VVVF改變電壓、改變頻率Variable Voltage and VariableFrequency的縮寫.*2: CVCF 恒電壓、恒頻率Constant Voltageand Constant Frequency的縮寫各國使用的交流供電電源,無論是用于家庭還是用于工廠,其電壓和頻率均為 200V/60Hz 50Hz或100V/60Hz 50Hz, 等等. 通常,把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交 流電的裝置稱作“變頻器.為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率,該設備首先要把電源 的交流電變換為直流電DC 0把直流電DC變換為交流電AC的裝置,其科

2、學術(shù)語為“inverter "逆變器.由于變頻器設備中產(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： 變頻器變頻器也可用于家電產(chǎn)品.使用變頻器的家電產(chǎn)品中不僅有電機例如空調(diào)等,還有熒光燈等產(chǎn)品.用于電機限制的變頻器,既可以改變電壓,又可以改變頻率.但用于熒光燈的變頻器主要用于調(diào)節(jié)電源供電的頻率.汽車上使用的由電池直流電產(chǎn)生交流電的設備也以“ inverter 的名稱 進行出售.變頻器的工作原理被廣泛應用于各個領域. 例如計算機電源的供電,在該項應用中,變頻器用于抑制反向電壓、頻率的波動及電源的瞬間斷電.| 2.

3、 電機的旋轉(zhuǎn)速度為什么能夠自由地改變*1: r/min電機旋轉(zhuǎn)速度單位：每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù),也可表示為rpm. 例如：4極電機60Hz 1,800 r/min4極電機50Hz 1,500 r/min電機的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例本文中所指的電機為感應式交流電機,在工業(yè)領域所使用的大局部電機均為此類型 電機.感應式交流電機以后簡稱為電機的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機的極數(shù)和頻率如以下圖所示.由電機的工作原理決定電機的極數(shù)是固定不變的.由于該極數(shù)值不是一個連續(xù)的數(shù)值為 2的倍數(shù),例如極數(shù)為2, 4, 6,所以不適和改變該值來調(diào)整電機的速度.另外,頻率是電機供電電源的電信號,所以該值能夠在電機的外面調(diào)節(jié)后再供給

4、電機,這樣電機的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的限制.因此,以限制頻率為目的的變頻器,是做為電機調(diào)速設備的優(yōu)選設備.n = 60f/p n:同步速度f:電源頻率p:電機極數(shù)改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機限制方法如果僅改變頻率,電機將被燒壞.特別是當頻率降低時,該問題就非常突出.為了預防電機燒毀事故的發(fā)生,變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓例如：為了使電機的旋轉(zhuǎn)速度減半,變頻器的輸出頻率必須從 60Hz改變到30Hz,這時變頻器的輸出電壓就必須從200V改變到約100M如果要正確的使用變頻器,必須認真地考慮散熱的問題.變頻器的故障率隨溫度升高而成指數(shù)的上升.使用壽命隨溫度升高而成指數(shù)的下降.環(huán)境溫度升高

5、 10度,變頻器使用壽命減半.因此,我們要重視散熱問題??！在變頻器工作時,流過變頻器的電流是很大的,變頻器產(chǎn)生的熱量也是非常大的,不能無視其發(fā)熱所產(chǎn)生的影響通常,變頻器安裝在限制柜中.我們要了解一臺變頻器的發(fā)熱量大概是多少.可以用以下公式估算：發(fā)熱量的近似值= 變頻器容量KW X55 W在這里,如果變頻器容量是以恒轉(zhuǎn)矩負載為準的過流水平150% * 60s如果變頻器帶有直流電抗器或交流電抗器,并且也在柜子里面,這時發(fā)熱量會更大一些. 電抗器安裝在變頻器側(cè)面或測上方比較好.這時可以用估算：變頻器容量KWX60 W由于各變頻器廠家的硬件都差不多,所以上式可以針對各品牌的產(chǎn)品注意：如果有制動電阻的話

6、,由于制動電阻的散熱量很大,因此最好安裝位置最好和變頻器隔離開,如裝在柜子上面或旁邊等.那么,怎樣采能降低控制柜內(nèi)的發(fā)熱量呢 當變頻器安裝在限制機柜中時,要考慮變頻器發(fā)熱值的 問題.根據(jù)機柜內(nèi)產(chǎn)生熱量值的增加,要適當?shù)卦黾訖C柜的尺寸.因此,要使限制機柜的尺寸盡量減小,就必須要使機柜中產(chǎn)生的熱量值盡可能地減少.如果在變頻器安裝時,把變頻器的散熱器局部放到限制機柜的外面,將會使變 頻器有70%的發(fā)熱量釋放到限制機柜的外面.由于大容量變頻器有很大的發(fā)熱量, 所以對大容量變頻器更加有效.還可以用隔離板把本體和散熱器隔開,使散熱器的散熱不影響到變頻器本體. 這樣效果也很好.變頻器散熱設計中都是以垂直安裝

7、為根底的,橫著放散熱會變差的！ 關(guān)于冷卻風扇一般功率稍微大一點的變頻器, 都帶有冷卻風扇.同時,也建議在限制柜上出風口安裝冷卻 風扇.進風口要加濾網(wǎng)以預防灰塵進入限制柜.注意限制柜和變頻器上的風扇都是要的,不能誰替代誰.其他關(guān)于散熱的問題1.在海拔高于1000m的地方,由于空氣密度降低,因此應加大柜子的冷卻風量以改善冷卻效果.理論上變 頻器也應考慮降容,1000m每-5%.但由于實際上由于設計上變頻器的負載水平和 散熱水平一般比實際使用的要大,所以也要看具體應用. 比方說在1500m的地方,但是周期性負載,如電梯,就不必要降容.2.開關(guān)頻率：變頻器的發(fā)熱主要來自于IGBT, IGBT的發(fā)熱有集

8、中在開和關(guān)的瞬間.因此開關(guān)頻率高時自然變頻器的發(fā)熱量就變大了.有的廠家宣稱降低開關(guān)頻率可以擴容,就是這個道理.矢量限制是怎樣使電機具有大的轉(zhuǎn)矩的*1:轉(zhuǎn)矩提升此功能增加變頻器的輸出電壓,以使電機的輸出轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比的關(guān) 系增加,從而改善電機的輸出轉(zhuǎn)矩.改善電機低速輸出轉(zhuǎn)矩缺乏的技術(shù)使用"矢量限制",可以使電機在低速,如無速度傳感器時1Hz 對4極電機,其轉(zhuǎn)速大約為30r/min 時的輸出轉(zhuǎn)矩可以到達電機在 50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩最大約為額定轉(zhuǎn)矩的150%.對于常規(guī)的V/F限制,電機的電壓降隨著電機速度的降低而相對增加,這就導致由于勵磁缺乏,而使電機不能獲得足 夠的旋

9、轉(zhuǎn)力.為了補償這個缺乏,變頻器中需要通過提升電壓,來補償電機速度 降低而引起的電壓降.變頻器的這個功能叫做 "轉(zhuǎn)矩提升"*1. 轉(zhuǎn)矩提 升功能是提升變頻器的輸出電壓.然而即使提升很多輸出電壓,電機轉(zhuǎn)矩并不能 和其電流相對應的提升. 由于電機電流包含電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量如勵磁分量."矢量限制把電機的電流值進行分配,從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機電流分量和其它電流分量如勵磁分量的數(shù)值."矢量限制"可以通過對電機端的電壓降的響應,進行優(yōu)化補償,在不增加電流的情況下,允許電機 產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩.此功能對改善電機低速時溫升也有效.變頻器制動的情況*1:制動的

10、概念指電能從電機側(cè)流到變頻器側(cè)或供電電源側(cè),這時電機的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速.負載的能量分為動能和勢能.動能由速度和重量確定其大小隨著物體的運動而累積.當動能減為零時,該事物就處在停止 狀態(tài).機械抱閘裝置的方法是用制動裝置把物體動能轉(zhuǎn)換為摩擦和能消耗掉.對于變頻器,如果輸出頻率降低,電機轉(zhuǎn)速將跟隨頻率同樣降低.這時會產(chǎn)生制動過程.由制動產(chǎn)生的功率將返回到變頻器側(cè).這些功率可以用電阻 發(fā)熱消耗.在用于提升類負載,在下降時,能量勢能也要返回到變頻器或電源側(cè),進行制動.這種操作方法被稱作"再生制動;而該方法可應用于變頻器制動.在減速期間,產(chǎn)生的功率如果不通過熱消耗的方法消耗掉,而是把能量返回送到

11、變頻器電源側(cè)的方法叫做 “功率返回再生方法".在實際中, 這種應用需要"能量回饋單元"選件.怎樣提升制動水平為了用散熱來消耗再生功率,需要在變頻器側(cè)安裝制動電阻.為了改善制動能力,不能期望靠增加變頻器的容量來解決問題.請選用 "制動電阻"、"制動單元"或"功率再生變換器"等選件來改善變頻器的制動容量3.當電機的旋轉(zhuǎn)速度改變時,其輸出轉(zhuǎn)矩會怎樣?1,工頻電源由電網(wǎng)提供的動力電源商用電源*2|起動電流當電機開始運轉(zhuǎn)時,變頻器的輸出電流變頻器驅(qū)動時的起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動我們經(jīng)常聽到下面的說

12、法：電機在工頻電源供電時*1時,電機的起動和加速 沖擊很大,而當使用變頻器供電時,這些沖擊就要弱一些“.如果用大的電壓和頻 率起動電機,例如使用工頻電網(wǎng)直接供電,就會產(chǎn)生一個大的起動沖擊大的起 動電流*2.而當使用變頻器時,變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機 上的,所以電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要小于工頻電網(wǎng)供電的轉(zhuǎn)矩值.所以變頻器驅(qū)動的電 機起動電流要小些.通常,電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減小速度降低而減些 減小的實際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊中會給出說明.通過使用磁通矢量限制的變頻器,將改善電機低速時轉(zhuǎn)矩的缺乏,甚至在低速區(qū)電機也可輸出 足夠的轉(zhuǎn)矩.當變頻器調(diào)速到大于60Hz頻率時,電機的輸出轉(zhuǎn)矩將降低通常的電機是按50Hz60Hz電壓設計制造的,具額定轉(zhuǎn)矩也是在這個電壓范圍 內(nèi)給出的.因此