變頻器工作原理

變頻器工作原理發(fā)布時(shí)間：2007年12月17日0時(shí)26分變頻器主要由整流〔交流變直流〕、濾波、再次整流〔直流變交流〕、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成的。

[注:再次整流〔直流變交流〕--->更貼切的叫法是逆變!在這里感謝蔡工給我們編輯們提的意見(jiàn)!也歡送大家多給我們編輯組提出更多珍貴的意見(jiàn)和建議!

1.電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為什么能夠自由地改變？

*1:r/min

電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度單位：每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù)，也可表示為rpm.

例如：2極電機(jī)50Hz3000[r/min]

4極電機(jī)50Hz1500[r/min]

$電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例

本文中所指的電機(jī)為感應(yīng)式交流電機(jī)，在工業(yè)中所使用的大局部電機(jī)均為此類(lèi)型電機(jī)。感應(yīng)式交流電機(jī)〔以后簡(jiǎn)稱為電機(jī)〕的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機(jī)的極數(shù)和頻率。由電機(jī)的工作原理決定電機(jī)的極數(shù)是固定不變的。由于該極數(shù)值不是一個(gè)連續(xù)的數(shù)值〔為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2，4，6〕，所以一般不適和通過(guò)改變?cè)撝祦?lái)調(diào)整電機(jī)的速度。

另外，頻率能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供應(yīng)電機(jī)，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。

因此，以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。

n=60f/p

n:同步速度

f:電源頻率

p:電機(jī)極對(duì)數(shù)

$改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機(jī)控制方法

如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時(shí)會(huì)使電機(jī)出于過(guò)電壓〔過(guò)勵(lì)磁〕，導(dǎo)致電機(jī)可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要同時(shí)改變電壓。

輸出頻率在額定頻率以上時(shí)，電壓卻不可以繼續(xù)增加，最高只能是等于電機(jī)的額定電壓。

例如：為了使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度減半，把變頻器的輸出頻率從50Hz改變到25Hz，這時(shí)變頻器的輸出電壓就需要從400V改變到約200V

2.當(dāng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度〔頻率〕改變時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)怎樣？

*1:工頻電源

由電網(wǎng)提供的動(dòng)力電源〔商用電源〕

*2:起動(dòng)電流

當(dāng)電機(jī)開(kāi)場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，變頻器的輸出電流

------變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動(dòng)------

電機(jī)在工頻電源供電時(shí)起動(dòng)和加速?zèng)_擊很大，而當(dāng)使用變頻器供電時(shí)，這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的起動(dòng)電流。而當(dāng)使用變頻器時(shí)，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的，所以電機(jī)起動(dòng)電流和沖擊要小些。

通常，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減小〔速度降低〕而減小。減小的實(shí)際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊(cè)中會(huì)給出說(shuō)明。

通過(guò)使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機(jī)低速時(shí)轉(zhuǎn)矩的缺乏，甚至在低速區(qū)電機(jī)也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。

3.-----當(dāng)變頻器調(diào)速到大于50Hz頻率時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低-----

通常的電機(jī)是按50Hz電壓設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速.(T=Te,P<=Pe)

變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。

當(dāng)電機(jī)以大于50Hz頻率速度運(yùn)行時(shí)，電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的缺乏。

舉例，電機(jī)在100Hz時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1/2。

因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速.(P=Ue*Ie)

4.變頻器50Hz以上的應(yīng)用情況

大家知道,對(duì)一個(gè)特定的電機(jī)來(lái)說(shuō),其額定電壓和額定電流是不變的.

如變頻器和電機(jī)額定值都是:15kW/380V/30A,電機(jī)可以工作在50Hz以上

當(dāng)轉(zhuǎn)速為50Hz時(shí),變頻器的輸出電壓為380V,電流為30A.這時(shí)如果增大輸出頻率到60Hz,變頻器的最大輸出電壓電流還只能為380V/30A1000m以下可以不考慮.以上每1000米降容5%就可以了.

6.矢量控制是怎樣改善電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩能力的？

*1:轉(zhuǎn)矩提升

此功能增加變頻器的輸出電壓〔主要是低頻時(shí)〕，以補(bǔ)償定子電阻上電壓降引起的輸出轉(zhuǎn)矩?fù)p失，從而改善電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。

$改善電機(jī)低速輸出轉(zhuǎn)矩缺乏的技術(shù)

使用"矢量控制"，可以使電機(jī)在低速,如(無(wú)速度傳感器時(shí))1Hz〔對(duì)4極電機(jī)，其轉(zhuǎn)速大約為30r/min〕時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩可以到達(dá)電機(jī)在50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩〔最大約為額定轉(zhuǎn)矩的150％〕。

對(duì)于常規(guī)的V/F控制，電機(jī)的電壓降隨著電機(jī)速度的降低而相對(duì)增加，這就導(dǎo)致由于勵(lì)磁缺乏，而使電機(jī)不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力。為了補(bǔ)償這個(gè)缺乏，變頻器中需要通過(guò)提高電壓，來(lái)補(bǔ)償電機(jī)速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個(gè)功能叫做"轉(zhuǎn)矩提升"〔*1〕。

轉(zhuǎn)矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對(duì)應(yīng)的提高。因?yàn)殡姍C(jī)電流包含電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量〔如勵(lì)磁分量〕。

"矢量控制"把電機(jī)的電流值進(jìn)展分配，從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機(jī)電流分量和其它電流分量〔如勵(lì)磁分量〕的數(shù)值。

"矢量控制"可以通過(guò)對(duì)電機(jī)端的電壓降的響應(yīng)，進(jìn)展優(yōu)化補(bǔ)償，在不增加電流的情況下，允許電機(jī)產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩。此功能對(duì)改善電機(jī)低速時(shí)溫升也有效。

變頻器根底原理知識(shí)

1.變頻器根底

1:VVVF是VariableVoltageandVariableFrequency的縮寫(xiě)，意為改變電壓和改變頻率，也就是人們所說(shuō)的變壓變頻。

2:CVCF是ConstantVoltageandConstantFrequency的縮寫(xiě)，意為恒電壓、恒頻率，也就是人們所說(shuō)的恒壓恒頻。

我們使用的電源分為交流電源和直流電源，一般的直流電源大多是由交流電源通過(guò)變壓器變壓，整流濾波后得到的。交流電源在人們使用電源中占總使用電源的95％左右。

無(wú)論是用于家庭還是用于工廠，單相交流電源和三相交流電源，其電壓和頻率均按各國(guó)的規(guī)定有一定的標(biāo)準(zhǔn)，如我國(guó)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(guó)家的電源電壓和頻率可能于我國(guó)的電壓和頻率不同，如有單相100V/60Hz，三相200V/60Hz等等，標(biāo)準(zhǔn)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工頻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(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電〔DC〕，這個(gè)過(guò)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(yǔ)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(duì)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(dòng)機(jī)調(diào)速用，又叫變頻調(diào)速器。

對(duì)于主要用在儀器儀表的檢測(cè)設(shè)備中的波形要求較高的可變頻率逆變器，要對(duì)波形進(jìn)展整理，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價(jià)格的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(jī)〔例如空調(diào)等〕，還有熒光燈等產(chǎn)品。

用于電機(jī)控制的變頻器，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(chē)上使用的由電池〔直流電〕產(chǎn)生交流電的設(shè)備也以“inverter〞的名稱進(jìn)展出售。

變頻器的工作原理被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。例如計(jì)算機(jī)電源的供電，在該項(xiàng)應(yīng)用中，變頻器用于抑制反向電壓、頻率的波動(dòng)及電源的瞬連續(xù)電。

2.電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為什么能夠自由地改變？

n=60f/p(1-s)n:電機(jī)的轉(zhuǎn)速f:電源頻率p:電機(jī)磁極對(duì)數(shù)s：電機(jī)的轉(zhuǎn)差率

電機(jī)的轉(zhuǎn)速=60(秒)＊頻率〔Hz)/電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)-電機(jī)的轉(zhuǎn)差率

電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度單位：每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù)，rpm/min也可表示為rpm

電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例同步電機(jī)的轉(zhuǎn)差矩為0,同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速=60(秒)*頻率(Hz)／電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)

異步的轉(zhuǎn)速比同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速低。

例如：4極三相步電機(jī)60Hz時(shí)低于1,800[r/min]4極三相異步電機(jī)50Hz時(shí)低于1,500[r/min]

本文中所指的電機(jī)為感應(yīng)式交流電機(jī)，在工業(yè)領(lǐng)域所使用的大局部電機(jī)均為此類(lèi)型電機(jī)。

感應(yīng)式交流電機(jī)〔以后簡(jiǎn)稱為電機(jī)〕的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機(jī)的極對(duì)數(shù)和頻率。

由電機(jī)的工作原理決定電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)是固定不變的。由于電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)1個(gè)磁極對(duì)數(shù)等于2極，電機(jī)的極數(shù)不是一個(gè)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?cè)撝祦?lái)調(diào)整電機(jī)的速度。

另外，頻率是電機(jī)供電電源的電信號(hào)，所以該值能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供應(yīng)電機(jī)，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。

因此，以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。

改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機(jī)控制方法

如果僅改變頻率，電機(jī)將被燒壞。特別是當(dāng)頻率降低時(shí)，該問(wèn)題就非常突出。為了防止電機(jī)燒毀事故的發(fā)生，變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要同時(shí)改變電壓。

例如：為了使電機(jī)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(shí)變頻器的輸出電壓就必須從400V改變到約200V。

如果要正確的使用變頻器,必須認(rèn)真地考慮散熱的問(wèn)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10度，變頻器使用壽命減半。因此，我們要重視散熱問(wèn)題??！

在變頻器工作時(shí)，流過(guò)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(wú)視其發(fā)熱所產(chǎn)生的影響

通常，變頻器安裝在控制柜中。我們要了解一臺(tái)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〕×55[W]在這里,如果變頻器容量是以恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為準(zhǔn)的(過(guò)流能力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(shí)發(fā)熱量會(huì)更大一些。電抗器安裝在變頻器側(cè)面或測(cè)上方比擬好。

這時(shí)可以用估算:變頻器容量〔KW〕×60[W]因?yàn)楦髯冾l器廠家的硬件都差不多,所以上式可以針對(duì)各品牌的產(chǎn)品.注意：如果有制動(dòng)電阻的話，因?yàn)橹苿?dòng)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(kāi)，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(dāng)變頻器安裝在控制機(jī)柜中時(shí)，要考慮變頻器發(fā)熱值的問(wèn)題。

根據(jù)機(jī)柜內(nèi)產(chǎn)生熱量值的增加，要適當(dāng)?shù)卦黾訖C(jī)柜的尺寸。因此，要使控制機(jī)柜的尺寸盡量減小，就必須要使機(jī)柜中產(chǎn)生的熱量值盡可能地減少。

如果在變頻器安裝時(shí)，把變頻器的散熱器局部放到控制機(jī)柜的外面，將會(huì)使變頻器有70％的發(fā)熱量釋放到控制機(jī)柜的外面。由于大容量變頻器有很大的發(fā)熱量，所以對(duì)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(kāi),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(shè)計(jì)中都是以垂直安裝