變頻器知識小結

變頻器知識小結變頻器概念，變頻器大體原理VVVF是VariableVoltageandVariableFrequency的縮寫，意為改變電壓和改變頻率，也確實是人們所說的變壓變頻。CVCF是ConstantVoltageandConstantFrequency的縮寫，意為恒電壓、恒頻率，也確實是人們所說的恒壓恒頻。咱們利用的電源分為交流電源和直流電源，一樣的直流電源大多是由交流電源通過變壓器變壓，整流濾波后取得的。交流電源在人們利用電源中占總利用電源的95%左右。不管是用于家庭仍是用于工廠，單相交流電源和三相交流電源，其電壓和頻率均按各國的規(guī)定有必然的標準，如我國大陸規(guī)定，直接用戶單相交流電為220V，三相交流電線電壓為380V，頻率為50Hz，其它國家的電源電壓和頻率可能于我國的電壓和頻率不同，如有單相100V/60Hz、三相200V/60Hz等等，標準的電壓和頻率的交流供電電源叫工頻交流電。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”。為了產生可變的電壓和頻率，該設備第一要把電源的交流電變換為直流電（DC）。把直流電（DC）變換為交流電（AC）的裝置，其科學術語為“inverter”（逆變器）。由于變頻器設備中產生轉變的電壓或頻率的要緊裝置叫"inverter”，故該產品本身就被命名為“inverter”，即變頻器。變頻器也可用于家電產品。利用變頻器的家電產品中不僅有電機（例如空調等），還有熒光燈等產品。用于電機操縱的變頻器，能夠改變頻率，從而也能夠改變電壓。但用于熒光燈的變頻器要緊用于調劑電源供電的頻率。汽車上利用的電池（直流電）產生交流電的設備叫變流機。變頻器的工作原理被普遍應用于各個領域。例如運算機電源的供電，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中斷電。變頻器基礎知識要點一、變頻器變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能操縱裝置。二、PWM和PAMPWM是英文PulseWidthModulation(脈沖寬度調制)縮寫，按必然規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調劑輸出量和波形的一種調值方式。PAM是英文PulseAmplitudeModulation(脈沖幅度調制)縮寫，是按必然規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調劑輸出量值和波形的一種調制方式。3、 電壓型與電流型變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型和電流型。電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容；電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。4、 變頻器的電壓與電流的關系異步電動機的轉矩是電機的磁通與轉子內流過電流之間彼此作用而產生的，在額定頻率下，若是電壓必然而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴峻時將燒毀電機。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時操縱變頻器輸出電壓，使電動機的磁通維持必然，幸免弱磁和磁飽和現象的產生。這種操縱方式多用于風機類和泵類節(jié)能型變頻器。7、 V/f模式頻率下降時電壓V也成比例下降，上面已經描述過，V與f的比例關系是考慮了電機特性而預先決定的，通常在操縱器的存儲裝置(ROM)中存有幾種特性，能夠用開關或標度盤進行選擇。頻率下降時完全成比例地降低電壓，那么由于交流阻抗變小而直流電阻不變，將造成在低速下產生地轉矩有減小的偏向。因此，在低頻時給定V/f，要使輸出電壓提高一些，以便取得必然的起動轉矩，這種補償稱為增強起動。能夠采納各類方式實現，例如有自動進行的方式、選擇V/f模式或調整電位器等方式。8、 開環(huán)給所利用的電機裝置設速度檢出器(PG)，將實際轉速反饋給操縱裝置進行操縱的，稱為“閉環(huán)”，不用PG運轉的就叫作“開環(huán)”。通用變頻器多為開環(huán)方式，也有的機種利用選件可進行PG反饋。9、 失速避免功能若是給定的加速時刻太短，變頻器的輸出頻率轉變遠遠超過轉速（電角頻率）的轉變，變頻器將因流過過電流而跳閘，運轉停止，這就叫作失速。為了避免失速使電機繼續(xù)運轉，就要檢出電流的大小進行頻率操縱。當加速電流過大時適當放慢加速速度。減速時也是如此。二者結合起來確實是失速功能。10、 再生制動電動機在運轉中若是降低指令頻率，那么電動機變成非同步發(fā)電機狀態(tài)運行，作為制動器而工作，這就叫作再生（電氣）制動。11、 轉矩提升問題自控系統(tǒng)的設定信號可通過變頻器靈活自如地指揮頻率轉變，操縱工藝指標，如在煙草行業(yè)的糖料、香料工序，可由皮帶稱的流量信號來操縱變頻器頻率，使泵的轉速隨流量信號自動轉變，調劑加料量，均勻地加入香精、糖料。也可利用生產線起停信號通過正、反端子操縱變頻器的起、停及正、反轉，成為自動流水線的一部份。另外在流水生產線上，當前方設備有故障時彳復方設備應自動停機。變頻器的緊急停止端能夠實現這一功能。在SANKEN、MF、FUT和FVT系列變頻器中能夠預先設定三四個乃最多達七個頻率，在有些設備上可據此設置自動生產流程。設定好工作頻率及時刻彳菱，變頻器可使電機按順序在不同的時刻以不同的轉速運行，形成一個自動的生產流程。2二、變頻器分辨率關于數字操縱器的變頻器，即便頻率指令為模擬信號，輸出頻率也是有級給定。那個級差的最小單位就稱為變頻分辨率。變頻分辨率通常取值為0。015~0°5HZ。例如，分辨率為0°5HZ，那么23HZ的上面可變頻23。五、24°0HZ，因此電機的動作也是有級的跟從。如此關于像持續(xù)卷取操縱的用途就造成問題，在這種情形下，若是分辨率為0。015HZ左右，關于4極電機1個級差為1RPM以下，也可充分適應。另外，有的機種給定分辨率與輸出分辨率不相同。關于散熱的問題當變頻器安裝在操縱機柜中時，要考慮變頻器發(fā)燒值的問題。依照機柜內產生熱量值的增加，要適本地增加機柜的尺寸。因此，要使操縱機柜的尺寸盡可能減小，就必需要使機柜中產生的熱量值盡可能地減少。若是在變頻器安裝時，把變頻器的散熱器部份放到操縱機柜的外面，將會使變頻器有70%的發(fā)燒量釋放到操縱機柜的外面。由于大容量變頻器有專門大的發(fā)燒量，因此對大容量變頻器加倍有效。還能夠用隔離板把本體和散熱器隔開，使散熱器的散熱不阻礙到變頻器本體，如此成效也專門好。變頻器散熱設計中都是以垂直安裝為基礎的，橫著放散熱會變差的。關于冷卻風扇，一樣功率略微大一點的變頻器都帶有冷卻風扇。同時，也建議在操縱柜上出風口安裝冷卻風扇。進風口要加濾網以避免塵埃進入操縱柜。注意，操縱柜和變頻器上的風扇都是要的，不能相互替代。在海拔高于1000m的地址，因為空氣密度降低，因此應加大柜子的冷卻風量以改善冷卻成效。理論上變頻器也應考慮降容，每1000m降5%。但由于事實上因為設計上變頻器的負載能力和散熱能力一樣比實際利用的要大，因此也要看具體應用?？墒侵芷谛载撦d，如電梯，就沒必要要降容。開關頻率。變頻器的發(fā)燒要緊來自于IGBT，IGBT的發(fā)燒有集中在開和關的剎時。因此開關頻率高時自然變頻器的發(fā)燒量就變大了。有的廠家宣稱降低開關頻率能夠擴容，確實是那個道理。變頻器的分類一、按直流電源性質分類：上面也提到過那個概念，在那個地址在詳細表達一下。（1） 電流型變頻器電流型變頻器特點是中間直流環(huán)節(jié)采納大電感作為儲能環(huán)節(jié)，緩沖無功功率，即扼制電流的轉變，使電壓接近正弦波，由于該直流內阻較大，故稱電流源型變頻器（電流型）。電流型變頻器的特點（優(yōu)勢）是能扼制負載電流頻繁而急劇的轉變。常選用于負載電流轉變較大的場合。（2） 電壓型變頻器電壓型變頻器特點是中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采納大電容，負載的無功功率將由它來緩沖，直流電壓比較平穩(wěn)，直流電源內阻較小，相當于電壓源，故稱電壓型變頻器，常選用于負載電壓轉變較大的場合。另外，變頻器還能夠按輸出電壓調劑方式分類，按操縱方式分類，按主開關元器件分類，按輸入電壓高低分類。二、按變換的環(huán)節(jié)分類：（1）交-交變頻器，即將工頻交流直接變換成頻率電壓可調的交流，又稱直接式變頻器；（2）交-直-交變頻器，那么是先把工頻交流通過整流器變成直流，然后再把直流變換成頻率電壓可調的交流，又稱間接式變頻器，是目前普遍應用的通用型變頻器。變頻調速的大體方式由電動機理論對三相異步電動機而言有下式：Ed=①zEd：定子每相線圈氣隙磁通感應電壓的均方根值V；fd：電源頻率Hz；Nd：定子每相繞組的有效匝數；①z：每極氣隙磁通量Wb。為了保證電動機負載能力，應保證①z不變，這就要求Ed/fd為常數，這種維持Ed/fd為常數的操縱方式又稱恒磁通變頻調速，屬于恒轉矩調速方式。由于Ed難于直接檢測、操縱，當Ed與fd較高時，定子漏阻抗壓降小到可忽略不計，那么能夠以定子每相電壓Ud代替Ed,維持Ud/fd為常數，即可稱為恒壓頻比操縱方式。因此，欲實現緊縮機穩(wěn)固調速，除要操縱逆變器的換向頻率外，還必需同時按比例提高或降低對緊縮機施加的方波電壓值。在電子操縱方面采納大功率模塊三極管，其基極電壓信號是比換向頻率還高的（例如上支路三極管是數千赫茲的高頻開關），從而向電動機施加的電壓被段切開來（參考圖4），而電動機的平均直流電壓與三極管的ON（開通）時刻/（ON時刻+OFF時刻）成正比，以此便輕而易舉地達到變頻調速的目的變頻器操縱方式及進展進程低壓通用變頻輸出電壓為380?650V，輸出功率為?400kW，工作頻率為0?400Hz，它的主電路都采納交直交電路。其操縱方式經歷了以下四代。一、U/f=C的正弦脈寬調制（SPWM）操縱方式其特點是操縱電路結構簡單、本錢較低，機械特性硬度也較好，能夠知足一樣傳動的滑膩調速要求，已在產業(yè)的各個領域取得普遍應用?？墒牵@種操縱方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的阻礙比較顯著，使輸出最大轉矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態(tài)轉矩能力和靜態(tài)調速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、操縱曲線會隨負載的轉變而轉變，轉矩響應慢、電機轉矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應的存在而性能下降，穩(wěn)固性變差等。因這人們又研究出矢量操縱變頻調速。二、電壓空間矢量（SVPWM）操縱方式它是以三相波形整體生成成效為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的，一次生成三相調制波形，之內切多邊形逼近圓的方式進行操縱的。經實踐利用后又有所改良，即引入頻率補償，能排除速度操縱的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，排除低速時定子電阻的阻礙；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動態(tài)的精度和穩(wěn)固度。但操縱電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉矩的調劑，因此系統(tǒng)性能沒有取得全然改善。3、 矢量操縱（VC）方式矢量操縱變頻調速的做法是將異步電動機在三相坐標系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相一二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流lallbl，再通過按轉子磁場定向旋轉變換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im—、Itl（Iml相當于直流電動機的勵磁電流；Itl相當于與轉矩成正比的電樞電流），然后仿照直流電動機的操縱方式，求得直流電動機的操縱量，通過相應的坐標反變換，實現對異步電動機的操縱。其實質是將交流電動機等效為直流電動機，別離對速度，磁場兩個分量進行獨立操縱。通過操縱轉子磁鏈，然后分解定子電流而取得轉矩和磁場兩個分量，經坐標變換，實現正交或解耦操縱。矢量操縱方式的提出具有劃時期的意義。但是在實際應用中，由于轉子磁鏈難以準確觀測，系統(tǒng)特性受電動機參數的阻礙較大，且在等效直流電動機操縱進程中所用矢量旋轉變換較復雜，使得實際的操縱成效難以達到理想分析的結果。4、 直接轉矩操縱（DTC）方式l985年，德國魯爾大學的DePenbrock教授第一次提出了直接轉矩操縱變頻技術。該技術在專門大程度上解決了上述矢量操縱的不足，并以新穎的操縱思想、簡練明了的系統(tǒng)結構、優(yōu)良的動靜態(tài)性能取得了迅速進展。目前，該技術已成功地應用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。直接轉矩操縱直接在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型，操縱電動機的磁鏈和轉矩。它不需要將交流電動機等效為直流電動機，因此省去了矢量旋轉變換中的許多復雜計算；它不需要仿照直流電動機的操縱，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數學模型。五、矩陣式交一交操縱方式VVVF變頻、矢量操縱變頻、直接轉矩操縱變頻都是交一直一交變頻中的一種。其一起缺點是輸入功率因數低，諧波電流大，直流電路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網，即不能進行四象限運行。為此，矩陣式交一交變頻應運而生。由于矩陣式交一交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價錢貴的電解電容。它能實現功率因數為1，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學者深切研究。其實質不是間接的操縱電流、磁鏈等量，而是把轉矩直接作為被操縱量來實現的。具體方式是：-操縱定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器，實現無速度傳感器方式；-自動識別（ID）依托精準的電機數學模型，對電機參數自動識別；-算出實際值對應定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實際的轉矩、定子磁鏈、轉子速度進行實時操縱；?實現BandBand操縱按磁鏈和轉矩的Band-Band操縱產生PWM信號，對逆變器開關狀態(tài)進行操縱矩陣式交交變頻具有快速的轉矩響應（＜2ms），很高的速度精度（±2%，無PG反饋），高轉矩精度（＜+3%）；同時還具有較高的起動轉矩及高轉矩精度，尤其在低速時（包括0速度時），可輸出150%?200%轉矩。轉矩操縱型變頻器的選型方式及注意事項基于調速方便、節(jié)能、運行靠得住的優(yōu)勢，變頻調速器已慢慢替代傳統(tǒng)的變極調速、電磁調速和調壓調速方式。在推出PWM磁通矢量操縱的變頻器數年后，1998年末又顯現采納DTC操縱技術的變頻器。ABB公司的ACS600系列是第一代采納DTC技術的變頻器，它能夠用開環(huán)方式對轉速和轉矩進行準確操縱，而且動態(tài)和靜態(tài)指標已優(yōu)于PWM閉環(huán)操縱指標。直接轉矩操縱以測量電機電流和直流電壓作為自適應電機模型的輸入。該模型每隔25us產生一組精準的轉矩和磁通實際值，轉矩比較器和磁通比較器將轉矩和磁通的實際值與轉矩和磁通的給定值進行比較，以確信最正確開關位置。由此能夠看出它是通過對轉矩和磁通的測量，即刻調整逆變電路的開關狀態(tài)，進而調整電機的轉矩和磁通，以達到精準操縱的目的。一、 選型原那么第一要依照機械對轉速(最高、最低)和轉矩(起動、持續(xù)及過載)的要求，確信機械要求的最大輸入功率(即電機的額定功率最小值)。有體會公式P=nT/9950(kW)式中：P——機械要求的輸入功率(kW)；n——機械轉速(r/min)；T——機械的最大轉矩(N?m)。然后，選擇電機的極數和額定功率。電機的極數決定了同步轉速，要求電機的同步轉速盡可能地覆蓋整個調速范圍，使持續(xù)負載容量高一些。為了充分利用設備潛能，幸免浪費，可許諾電機短時超出同步轉速，但必需小于電機許諾的最大轉速。轉矩取設備在起動、持續(xù)運行、過載或最高轉速等狀態(tài)下的最大轉矩。最后，依照變頻器輸出功率和額定電流稍大于電機的功率和額定電流的原那么來確信變頻器的參數與型號。需要注意的是，變頻器的額定容量及參數是針對必然的海拔高度和環(huán)境溫度而標出的，一樣指海拔1000m以下，溫度在40°C或25°C以下。假設利用環(huán)境超出該規(guī)定，那么在確信變頻器參數、型號時要考慮到環(huán)境造成的降容因素。二、 變頻器的外部配置及應注意的問題選擇適合的外部熔斷器，以幸免因內部短路對整流器件的損壞變頻器的型號確信后，假設變頻器內部整流電路前沒有愛惜硅器件的快速熔斷器，變頻器與電源之間應配置符合要求的熔斷器和隔離開關，不能用空氣斷路器代替熔斷器和隔離開關。選擇變頻器的引入和引出電纜依照變頻器的功率選擇導線截面適合的三芯或四芯屏蔽動力電纜。尤其是從變頻器到電機之間的動力電纜必然要選用屏蔽結構的電纜，且要盡可能短，如此可降低電磁輻射和容性漏電流。當電纜長度超過變頻器所許諾的輸出電纜長度時，電纜的雜散電容將阻礙變頻器的正常工作，為此要配置輸出電抗器。關于操縱電纜，尤其是I/0信號電纜也要用屏蔽結構的。關于變頻器的外圍元件與變頻器之間的連接電纜其長度不得超過10m。（3）在輸入側裝交流電抗器或EMC濾波器依照變頻器安裝場所的其它設備對電網品質的要求，假設變頻器工作時已阻礙到這些設備的正常運行，可在變頻器輸入側裝交流電抗器或EMC濾波器，抑制由功率器件通斷引發(fā)的電磁干擾。假設與變頻器連接的電網的變壓器中性點不接地，那么不能選用EMC濾波器。當變頻器用500V以上電壓驅動電機時，需在輸出側配置du/dt濾波器，以抑制逆變輸出電壓尖峰和電壓的轉變，有利于愛惜電機，同時也降低了容性漏電流和電機電纜的高頻輻射，和電機的高頻損耗和軸承電流。利用du/dt濾波器時要注意濾波器上的電壓降將引發(fā)電機轉矩的略微降低；變頻器與濾波器之間電纜長度不得超過3m。變頻調速技術變頻調速技術是一種以改變電機頻率和改變電壓來達到電機調速目的的技術。大伙兒都明白，目前，不管哪一種機械調速，都是通過電機來實現的。從大范圍來分，電機有直流電機和交流電機。過去的調速，多數用直流電機，由于直流機調速容易實現。但直流機固有的缺點：滑環(huán)和碳刷要常常拆換，給人們帶來太大的麻煩。因此有人就想，若是把靠得住簡單的籠式交流電機用來調速那該多好！因此就顯現了定子調速、變極調速、滑差調速、轉子串電阻調速、串極調速、液力偶和調速等交流調速方式。固然也顯現了滑差電機、繞線式電機、同步機、這些都是交流電機。到20世紀80年代，由于電力電子技術、微電子技術和信息技術的進展，才顯現了對交流機來講最好的變頻調速技術，它一顯現就以其優(yōu)良的性能慢慢取代其它交流電機調速方式，乃至直流電機調速，而成為電氣傳動的中樞。因此說變頻調速是時期的產物，只有在技術高度進展的今天，才能實現。什么緣故說它是基于電力電子、微電子、信息技術進展的產物？一是它的逆變部份都基于電流專門大、電壓很高的SCR、GTR、IGBT、GTO、MCT等電力電子器件來完成的。什么叫逆變：確實是直流變交流（DC-AC）那么交流變直流就叫整流（AC-DC）O二是它的操縱部份和負載狀態(tài)的檢測是由CPU（32位運算機）來完成，這是微電子器件進展的結果。三是內置4-20mA接口和RS485接口能夠和儀表、DCS相接，通過總線Profibus、Interbus通信。調速節(jié)能原理從二個方面來講明：一、 風機水泵的節(jié)電原理確實是用調速操縱代替擋風板或節(jié)流閥操縱風流量，這是一個節(jié)電的有效途徑。在用檔風板操