低壓變頻器的工作原理及應(yīng)用

1、低壓變頻器的工作原理及應(yīng)用（一）交流異步電動機變頻調(diào)速原理：變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用把電壓、 頻率固定不變的交流電變成電壓、頻率都可調(diào)的交流電源?，F(xiàn)在使用的變頻器主要采用交一直一交方式（VVVF 變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成的。父一直部分整流電路：由 VD1-VD6 六個整流二極管組成不可控全波整流橋。對于 380V 的額定電源，一般二極管反向耐壓值應(yīng)選 1200V,二極管的正向電流

2、為電機額定電流的 1.414-2 倍。（二）變頻器元件作用電容 C1:是吸收電容，整流電路輸出是脈動的直流電壓，必須加以濾波，變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，可用來把某種數(shù)值的交變電壓變換為同頻率的另一數(shù)值的交變電壓，也可以改變交流電的數(shù)值及變換阻抗或改變相位。壓敏電阻：有三個作用，一過電壓保護，二耐雷擊要求，三安規(guī)測試需要.熱敏電阻：過熱保護霍爾：整流橋接觸器IGE7保般管RST展電電容+r+r- - -I.一、一接線點樓電源扳540VDCM2F1-15Vci二可連件充電電陰|可送件uV吸收a容均壓電阻安裝在 UVW 的其中二相，用于檢測輸出電流值。選用時額定電流約為電機額定電流的 2 倍左右。

3、充電電阻：作用是防止開機上電瞬間電容對地短路，燒壞儲能電容開機前電容二端的電壓為 0V;所以在上電（開機）的瞬間電容對地為短路狀態(tài)。如果不加充電電阻在整流橋與電解電容之間，則相當(dāng)于 380V 電源直接對地短路，瞬間整流橋通過無窮大的電流導(dǎo)致整流橋炸掉。一般而言變頻器的功率越大，充電電阻越小。充電電阻的選擇范圍一般為：10-300Q。儲能電容：又叫電解電容，在充電電路中主要作用為儲能和濾波。PN 端的電壓電壓工作范圍一般在 430VDC700VDC 之間，而一般的高壓電容都在 400VDC 左右，為了滿足耐壓需要就必須是二個400VDC的電容串起來作800VDC。 容量選擇學(xué)60uf/A均壓電阻

4、：防止由于儲能電容電壓的不均燒壞儲能電容；因為二個電解電容不可能做成完全一致， 這樣每個電容上所承受的電壓就可能不同， 承受電壓高的發(fā)熱嚴(yán)重（電容里面有等效用聯(lián)電阻）或超過耐壓值而損壞。C2 電容；吸收電容，主要作用為吸收 IGBT 的過流與過壓能量。（2）直-交部分VT1-VT6 逆變管（IGBT 絕緣柵雙極型功率管）：構(gòu)成逆變電路的主要器件，也是變頻器的核心元件。把直流電逆變頻率，幅值都可調(diào)的交流電。VT1-VT6 是續(xù)流二極：作用是把在電動機在制動過程中將再生電流返回直流電提供通道并為逆變管 VT1-VT6 在交替導(dǎo)通和截止的換相過程中，提供通道。（3）控制部分：電源板、驅(qū)動板、控制板（

5、CPU 板）電源板：開關(guān)電源電路向操作面板、主控板、驅(qū)動電路、檢測電路及風(fēng)扇等提供低壓電源，開關(guān)電源提供的低壓電源有：土 5V、15V、24V 向 CPU 其附屬電路、控制電路、顯示面板等提供電源。驅(qū)動板：主要是將 CPU 生成的 PWM 脈沖經(jīng)驅(qū)動電路產(chǎn)生符合要求的驅(qū)動信號激勵I(lǐng)GBT 輸出電壓。控制板（CPU 板）：也叫 CPU 板相當(dāng)人的大腦，處理各種信號以及控制程序等部分（三）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：2 極電機 50Hz3000r/min4 極電機 50Hz1500r/min$電機的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成

6、比例感應(yīng)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。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）,所以一般不適和通過改變該值來調(diào)整電機的速度。另外，頻率能夠在電機的外面調(diào)節(jié)后再供給電機，這樣電機的旋轉(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，是做為電機調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。n=60f/pn:同步速度f:電源頻率p:電機極對數(shù)$改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機控制方法如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時會使電機出于過電壓（過勵磁），導(dǎo)致電機可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時，電壓卻不可以繼

7、續(xù)增加，最高只能是等于電機的額定電壓。例如：為了使電機的旋轉(zhuǎn)速度減半，把變頻器的輸出頻率從 50Hz 改變到25Hz,這時變頻器的輸出電壓就需要從 400V 改變到約 200V（四）起動電流當(dāng)電機開始運轉(zhuǎn)時，變頻器的輸出電流稱為起動電流。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。電機在工頻電源供電時起動和加速沖擊很大，而當(dāng)使用變頻器供電時，這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動會產(chǎn)生一個大的起動電流。而當(dāng)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，所以電機起動電流和沖擊要小些。通常，電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減?。ㄋ俣冉档停┒鴾p小。通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機低

8、速時轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低速區(qū)電機也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。（五）當(dāng)變頻器調(diào)速到大于 50Hz 頻率時，電機的卒&出轉(zhuǎn)矩將降低-通常的電機是按 50Hz 電壓設(shè)計制造的，具額定轉(zhuǎn)矩也是在這個電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速.（T=Te,P60Hz 時,X 會相應(yīng)減小對于電機來說，T=K*I*X,（K:常數(shù)，I:電流，X:磁通），因此轉(zhuǎn)矩 T 會跟著磁通X 減小而減小.同時，小于 50Hz 時，由于 I*R 很小，所以 U/f=E/f 不變時，磁通（X）為常數(shù).轉(zhuǎn)矩 T 和電流成正比.這也就是為什么通常用變頻器的過流能力來描述其過載（轉(zhuǎn)矩）能力.并稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速（額定電流

9、不變-最大轉(zhuǎn)矩不變）結(jié)論：當(dāng)變頻器輸出頻率從 50Hz 以上增加時，電機的輸出轉(zhuǎn)矩會減小。（七）其他和輸出轉(zhuǎn)矩有關(guān)的因素發(fā)熱和散熱能力決定變頻器的輸出電流能力，從而影響變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩能力。載波頻率：一般變頻器所標(biāo)的額定電流都是以最高載波頻率，最高環(huán)境溫度下能保證持續(xù)輸出的數(shù)值.降低載波頻率，電機的電流不會受到影響。但元器件的發(fā)熱會減小。環(huán)境溫度：就象不會因為檢測到周圍溫度比較低時就增大變頻器保護電流值海拔高度：海拔高度增加，對散熱和絕緣性能都有影響.一般 1000m 以下可以不考慮.以上每 1000 米降容 5%就可以了.（八）關(guān)于冷卻風(fēng)扇一般功率稍微大一點的變頻器，都帶有冷卻風(fēng)扇。同時，也

10、建議在控制柜上出風(fēng)口安裝冷卻風(fēng)扇。進風(fēng)口要加濾網(wǎng)以防止灰塵進入控制柜。注意控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，因為空氣密度降低，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%。但由于實際上因為設(shè)計上變頻器的負(fù)載能力和散熱能力一般比實際使用的要大，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

11、，就是這個道理。（九）變頻器制動的情況1:制動的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(fù)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(dāng)動能減為零時，該事物就處在停止?fàn)顟B(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(fù)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(yīng)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(yīng)用需要能量回饋單元”選件。（十）怎樣提高制動能力？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。（十一）變頻器類型選擇變頻器可分為通用型和專用型，一般的機械負(fù)載和要求高過載情況，選擇通用型變頻器。專用型變頻