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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（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。父一直部分整流電路：由 VD1-VD6 六個(gè)整流二極管組成不可控全波整流橋。對(duì)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(jī)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(dòng)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(gè)作用，一過電壓保護(hù)，二耐雷擊要求，三安規(guī)測(cè)試需要.熱敏電阻：過熱保護(hù)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(diǎn)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(cè)輸出電流值。選用時(shí)額定電流約為電機(jī)額定電流的 2 倍左右。

3、充電電阻：作用是防止開機(jī)上電瞬間電容對(duì)地短路，燒壞儲(chǔ)能電容開機(jī)前電容二端的電壓為 0V;所以在上電（開機(jī)）的瞬間電容對(duì)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(duì)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(chǔ)能電容：又叫電解電容，在充電電路中主要作用為儲(chǔ)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(gè)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(chǔ)能電容電壓的不均燒壞儲(chǔ)能電容；因?yàn)槎€(gè)電解電容不可能做成完全一致， 這樣每個(gè)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(dòng)機(jī)在制動(dòng)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(dòng)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(dòng)電路、檢測(cè)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(dòng)板：主要是將 CPU 生成的 PWM 脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生符合要求的驅(qū)動(dòng)信號(hào)激勵(lì)I(lǐng)GBT 輸出電壓?？刂瓢澹–PU 板）：也叫 CPU 板相當(dāng)人的大腦，處理各種信號(hào)以及控制程序等部分（三）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) 50Hz3000r/min4 極電機(jī) 50Hz1500r/min$電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成

6、比例感應(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改變?cè)撝祦碚{(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)后再供給電機(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/pn: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)出于過電壓（過勵(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

7、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（四）起動(dòng)電流當(dāng)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，變頻器的輸出電流稱為起動(dòng)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?。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(jī)低

8、速時(shí)轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低速區(qū)電機(jī)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(shí)，電機(jī)的卒&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，具額定轉(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,P60Hz 時(shí),X 會(huì)相應(yīng)減小對(duì)于電機(jī)來說，T=K*I*X,（K:常數(shù)，I:電流，X:磁通），因此轉(zhuǎn)矩 T 會(huì)跟著磁通X 減小而減小.同時(shí)，小于 50Hz 時(shí)，由于 I*R 很小，所以 U/f=E/f 不變時(shí)，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(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)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(jī)的電流不會(huì)受到影響。但元器件的發(fā)熱會(huì)減小。環(huán)境溫度：就象不會(huì)因?yàn)闄z測(cè)到周圍溫度比較低時(shí)就增大變頻器保護(hù)電流值海拔高度：海拔高度增加，對(duì)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(diǎn)的變頻器，都帶有冷卻風(fēng)扇。同時(shí)，也

10、建議在控制柜上出風(fēng)口安裝冷卻風(fēng)扇。進(jìn)風(fēng)口要加濾網(wǎng)以防止灰塵進(jìn)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?yàn)榭諝饷芏冉档?，因此?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)際上因?yàn)樵O(shè)計(jì)上變頻器的負(fù)載能力和散熱能力一般比實(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

11、，就是這個(gè)道理。（九）變頻器制動(dòng)的情況1:制動(dòng)的概念指電能從電機(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(shì)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?fàn)顟B(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(shì)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。（十）怎樣提高制動(dòng)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(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。（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(jī)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