變頻器基礎(chǔ)原理

1、變頻器根底原理知識(shí) 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(shè)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(xué)術(shù)語為“inverter "逆變器.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)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(shè)備也以“ inverter 的名稱 進(jìn)行出售.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)及電源的瞬間斷電.| 2.

3、 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：4極電機(jī)60Hz 1,800 r/min4極電機(jī)50Hz 1,500 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)領(lǐng)域所使用的大局部電機(jī)均為此類型 電機(jī).感應(yīng)式交流電機(jī)以后簡稱為電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機(jī)的極數(shù)和頻率如以下圖所示.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,所以不適和改變?cè)撝祦碚{(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)后再供給

4、電機(jī),這樣電機(jī)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(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)極數(shù)改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機(jī)限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),該問題就非常突出.為了預(yù)防電機(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200V改變到約100M如果要正確的使用變頻器,必須認(rèn)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(shí),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(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 X55 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(shí)發(fā)熱量會(huì)更大一些. 電抗器安裝在變頻器側(cè)面或測上方比較好.這時(shí)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(duì)各品牌的產(chǎn)品注意：如果有制動(dòng)電阻的話

6、,由于制動(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,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)變頻器安裝在限制機(jī)柜中時(shí),要考慮變頻器發(fā)熱值的 問題.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,要使限制機(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限制機(jī)柜的外面,將會(huì)使變 頻器有70%的發(fā)熱量釋放到限制機(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,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

7、為根底的,橫著放散熱會(huì)變差的！ 關(guān)于冷卻風(fēng)扇一般功率稍微大一點(diǎn)的變頻器, 都帶有冷卻風(fēng)扇.同時(shí),也建議在限制柜上出風(fēng)口安裝冷卻 風(fēng)扇.進(jìn)風(fēng)口要加濾網(wǎng)以預(yù)防灰塵進(jìn)入限制柜.注意限制柜和變頻器上的風(fēng)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(yīng)加大柜子的冷卻風(fēng)量以改善冷卻效果.理論上變 頻器也應(yīng)考慮降容,1000m每-5%.但由于實(shí)際上由于設(shè)計(jì)上變頻器的負(fù)載水平和 散熱水平一般比實(shí)際使用的要大,所以也要看具體應(yīng)用. 比方說在1500m的地方,但是周期性負(fù)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(shí)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(kuò)容,就是這個(gè)道理.矢量限制是怎樣使電機(jī)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(jī)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(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"矢量限制",可以使電機(jī)在低速,如無速度傳感器時(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限制,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

9、轉(zhuǎn)力.為了補(bǔ)償這個(gè)缺乏,變頻器中需要通過提升電壓,來補(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 升功能是提升變頻器的輸出電壓.然而即使提升很多輸出電壓,電機(jī)轉(zhuǎn)矩并不能 和其電流相對(duì)應(yīng)的提升. 由于電機(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."矢量限制把電機(jī)的電流值進(jìn)行分配,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."矢量限制"可以通過對(duì)電機(jī)端的電壓降的響應(yīng),進(jìn)行優(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.變頻器制動(dòng)的情況*1:制動(dòng)的

10、概念指電能從電機(jī)側(cè)流到變頻器側(cè)或供電電源側(cè),這時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速.負(fù)載的能量分為動(dòng)能和勢能.動(dòng)能由速度和重量確定其大小隨著物體的運(yùn)動(dòng)而累積.當(dāng)動(dòng)能減為零時(shí),該事物就處在停止 狀態(tài).機(jī)械抱閘裝置的方法是用制動(dòng)裝置把物體動(dòng)能轉(zhuǎn)換為摩擦和能消耗掉.對(duì)于變頻器,如果輸出頻率降低,電機(jī)轉(zhuǎn)速將跟隨頻率同樣降低.這時(shí)會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)過程.由制動(dòng)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(fù)載,在下降時(shí),能量勢能也要返回到變頻器或電源側(cè),進(jìn)行制動(dòng).這種操作方法被稱作"再生制動(dòng);而該方法可應(yīng)用于變頻器制動(dòng).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(shí)際中, 這種應(yīng)用需要"能量回饋單元"選件.怎樣提升制動(dòng)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(dòng)電阻.為了改善制動(dòng)能力,不能期望靠增加變頻器的容量來解決問題.請(qǐng)選用 "制動(dòng)電阻"、"制動(dòng)單元"或"功率再生變換器"等選件來改善變頻器的制動(dòng)容量3.當(dāng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度改變時(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)開始運(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)我們經(jīng)常聽到下面的說

12、法：電機(jī)在工頻電源供電時(shí)*1時(shí),電機(jī)的起動(dòng)和加速 沖擊很大,而當(dāng)使用變頻器供電時(shí),這些沖擊就要弱一些“.如果用大的電壓和頻 率起動(dòng)電機(jī),例如使用工頻電網(wǎng)直接供電,就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的起動(dòng)沖擊大的起 動(dòng)電流*2.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)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(dòng)的電 機(jī)起動(dòng)電流要小些.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些 減小的實(shí)際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊(cè)中會(huì)給出說明.通過使用磁通矢量限制的變頻器,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.當(dāng)變頻器調(diào)速到大于60Hz頻率時(shí),電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低通常的電機(jī)是按50Hz60Hz電壓設(shè)計(jì)制造的,具額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍 內(nèi)給出的.因此