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1、变频的基本概念 1.什么是变频器？ *$: VVVF 改变电压、改变频率（Variable Voltage and Variable Frequency）的缩写。 *$: CVCF 恒电压、恒频率（Constant Voltage and Constant Frequency）的缩写 各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用 于工厂，其电压和频率均为 400V/50Hz 或 200V/60Hz（50Hz），等等。 通常，把电 压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生 可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。 把直流电 （D
2、C）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。由于变频器设备中 产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”， 即：变频器 变频器也可用于家电等领域。 用于电机控制的变频器，既可以改 变电压，又可以改变频率。 2. 部分常用术语中英文对照 变频器：inverter (日本常用)，AC Drive (欧美常用)， Frequency Converter (欧州常用) 变流器 converters 整流 rectifying- rectification 整流器 rectifier 逆变 inverting-inve
3、rsion 逆变器 inverter 转 矩脉动 torque pulsation 脉宽调制 (PWM) pulse width modulation 谐波 harmonic 矢量控制(VC) vector control 直接转矩控制(DTC) direct torque control 四象限运行 Four quadrant operation 再生(制动) Regeneration 直 流制动 d.c braking 漏电流 leak current 滤波器 filter 电抗器 reactor 电位器 potentiometer 编码器 encoder, PLG (pulse gene
4、rator) 定子 stator 转子 rotor 3. 变频器和软启动器 变频器：变频变压。主要作用是调速，节能和 软起动。 软启动器：仅改变电压。主要作用是降低起动电流和冲击。 变频器基础讲座（二）变频器基础讲座（二）-变频器的基本运行原理变频器的基本运行原理 变频器的基本运行原理 1. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？ *1: r/min 电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为 rpm. 例如：2 极电机 50Hz 3000 r/min 4 极电机 50Hz 1500 r/min $电 机的旋转速度同频率成比例 本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业中所使用 的大部分电机均为
5、此类型电机。 感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近 似地确决于电机的极数和频率。 由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于 该极数值不是一个连续的数值（为 2 的倍数，例如极数为 2，4，6），所以一般不适和通过改 变该值来调整电机的速度。另外，频率能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转 速度就可以被自由的控制。因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设 备。 n = 60f/p n: 同步速度 f: 电源频率 p: 电机极对数 $ 改变频率和电压是最优的电机控制方法 如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时 会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被
6、烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要 同时改变电压。输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的 额定电压。例如：为了使电机的旋转速度减半，把变频器的输出频率从 50Hz 改变到 25Hz，这 时变频器的输出电压就需要从 400V 改变到约 200V 2. 当电机的旋转速度（频率）改变时，其输出转矩会怎样？ *1: 工频电源由电网提 供的动力电源（商用电源） *2: 起动电流 当电机开始运转时，变频器的输出电流-变频器驱动时的起动转矩和最大 转矩要小于直接用工频电源驱动-电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大，而当使用 变频器供电时，这些冲击就要弱一些。工频直接起动会
7、产生一个大的起动起动电流。而当使用 变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机起动电流和冲击要小些。 通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减小。减小的实际数据在有的变频器手 册中会给出说明。通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低 速区电机也可输出足够的转矩。3. -当变频器调速到大于 50Hz 频率时，电机的输出转矩将降低- 通常的电机是按 50Hz 电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调 速称为恒转矩调速. (T=Te, P60Hz 时, X 会相应减小对于电机来说, T=K*I*X, (K:常数
8、, I:电 流, X:磁通), 因此转矩 T 会跟着磁通 X 减小而减小.同时, 小于 50Hz 时, 由于 I*R 很小, 所 以 U/f=E/f 不变时, 磁通(X)为常数. 转矩 T 和电流成正比. 这也就是为什么通常用变频器的 过流能力来描述其过载(转矩)能力. 并称为恒转矩调速(额定电流不变最大转矩不变) 结论: 当变频器输出频率从 50Hz 以上增加时, 电机的输出转矩会减小. 5. 其他和输出转矩有关的因素发热和散热能力决定变频器的输出电流能力，从而影响变频 器的输出转矩能力。载波频率: 一般变频器所标的额定电流都是以最高载波频率, 最高环境温 度下能保证持续输出的数值. 降低载
9、波频率, 电机的电流不会受到影响。但元器件的发热会减 小。环境温度：就象不会因为检测到周围温度比较低时就增大变频器保护电流值. 海拔高度: 海拔高度增加, 对散热和绝缘性能都有影响.一般 1000m 以下可以不考虑. 以上每 1000 米降容 5%就可以了. 6. 矢量控制是怎样改善电机的输出转矩能力的？*1: 转矩提升此功能增加变频器的输出电压 （主要是低频时），以补偿定子电阻上电压降引起的输出转矩损失，从而改善电机的输出转矩。 $ 改善电机低速输出转矩不足的技术使用“矢量控制“，可以使电机在低速,如(无速度传感器时) 1Hz（对 4 极电机，其转速大约为 30r/min）时的输出转矩可以达
10、到电机在 50Hz 供电输出的转矩（最大约为额定转矩的 150）。对于常规的 V/F 控制，电机的电压降随着电机速度的降低 而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足， 变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。变频器的这个功能叫做“ 转矩提升“（*1）。转矩提升功能是提高变频器的输出电压。然而即使提高很多输出电压，电 机转矩并不能和其电流相对应的提高。 因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量 （如励磁分量）。 “矢量控制“把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量 和其它电流分量（如励磁分量）的数值。“矢量控制“可以通
11、过对电机端的电压降的响应，进行 优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。此功能对改善电机低速时温升也 有效。变频器基础讲座（三）-变频器制动的情况 变频器制动的情况 1. 再生制动的概念 指电能从电机侧流到变频器侧（或供电电源侧）, 这时电机的转速高于同步转速. 负载的能量分为动能和势能. 动能(由速度和重量确定其大小) 随着物体的运动而累积。当动能减为零时，该事物就处在停止状态。械抱闸装置的方法是用制 动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。 对于变频器，如果输出频率降低，电机 转速将跟随频率同样降低。这时会产生制动过程. 由制动产生的功率将返回到变频器侧，使直 流侧的电压升高。
12、这些能量可以通过变频器本身的发热消耗，如果不够的化，还需要用电阻发 热消耗。制动产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到变频器电源侧 的方法叫做“功率返回再生方法“。在实际中，这种应用需要“能量回馈单元“选件。2.直流制动 减速时，变频器对电机定子注入直流电，通过电机的发热来消耗能量， 改善制动 效果。直流制动也可以用于使电机在零速时停的稳一点，防止受外力作用而使电机转动。要注 意制动制动时间和电压不要设的太大，防止电机过热。 3. 公用直流母线 一般用于工程型变频器，在钢铁、造纸等行业用的较多。多台逆变器使用 一个公共的整流和直流环节，技术上有很多优点。但价格较高，用的不多
13、，尤其是中小功率的 场合。变频器基础讲座（四）变频器基础讲座（四）-电源的频率和电压电源的频率和电压1 电源的频率: 电源频率同变频器输出频率没有关系变频器电源侧（输入侧）和电机侧 （输出侧）没有联系。由于在变频器中，首先把交流电转换为直流电，所以变频器输出侧不受 输入侧电源的影响。变频器额定供电频率一般为 50Hz/60Hz (+/- 5%)。 2. 电源的电压 低压变频器的常用电压等级: 在中国, 低于变频器的常用电压等级为: 单 相 220V, 3 相 400V 其他地区还有: 单相 110V, 3 相 230V ,3 相 575V ,3 相 690V 等.中压变频 器的电压等级: 中压
14、变频器也经常被被称为高压变频器.常用的电压等级为 3kV, 3.3kV, 6kV, 6.6kV. 中国 6kV 居多。10kV 的产品目前还比较少(虽然 10kV 的电机并不少) 其他: 还有一些 相对比较专用的电压等级,有的还会用到直流供电, 如矿山, 电力机车等 3. 注意当使用单相（200V）电源给三相 200V 的变频器供电时，要考虑下面的几点: 1. 一般小容量变频器 (fN时的有效转矩是怎样的？ 由于确定带负载能力的基准的不同，而有两种情形： (1) 以电动机的发热为基准，即允许的电流值不变，则当fxfN时，基本上为恒功率调速： TMNnMXTMNnMNconst(8-2)从而 T
15、MN TMN/kf(8-3)式中，TMX、n MX当变频器的输出频率为fx时，电动机的有效转矩和转速k1=f x/fN频率调制比 (2) 以电动机的过载能力 不变为基准，即： TMKX/TMX const (8-4)TMKX为电动机在fx时的临界转矩。 则当fxfN时，有效转矩T MX大体上与kf的平方成反比： TMXTMN/kf2(8-5)图83中，曲线 是以发热为基准的有效转矩线；曲线 是以过载能力为基准的有效转矩线。 图83 f xfN时有效转矩线 TMNxTM0fNfQfxQ 在实际工作中，高速时过载能力常可放宽为 H，这样，曲线 将可右移为曲线 ，曲线 与曲线 交于Q点。于是，当fxfN时的有效转矩线的确定方法如下： 当fxf Q时以曲线 为准，如图中之实线所示。 变频调速用于平方律负载 97、什么是平方律负载？ 阻转矩与速度的平方成正比的负载称为平方律负载。其典型代表是风机和泵类(罗茨鼓风机和油压泵除外)。其机械特性方程是： TLTLOK LnL2 K LnL2
