变频器原理、交流接触器结构与工作原理

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1、变频器原理一、基础知识1、概述 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2 00V/60HZ （50Hz）或100V/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（DC）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产品。使用变频器的家电产

2、品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。用于电机控制的变频器， 既可以改变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供 电的频率。汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名 称进行出售。变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电， 在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。2. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？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：4极电机 60Hz 1,800 r/min，4极电机50Hz 1,500 r/min，电机的旋转速度同频率成 比例。本文中

3、所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为 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），所以不适和改变该 值来调整电机的速度。另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电 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: 电机极数，改变频率和电压是最优的电机控制方法

4、。 如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。为 了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压，例 如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从 60Hz 改变到 30Hz， 这时变频器的输出电压就必须从 200V 改变到约 100V。如果要正确的使用变频器, 必须认真地考虑散热的问题。变频器的故障率随 温度升高而成指数的上升。使用寿命随温度升高而成指数的下降。环境温度升高 10 度，变频器使用寿命减半。因此，我们要重视散热问题啊！在变频器工作时， 流过变频器的电流是很大的,变频器产生的热量也是非常大的，不能忽视其发热 所产生的影响。通常

5、，变频器安装在控制柜中。我们要了解一台变频器的发热量 大概是多少.可以用以下公式估算：发热量的近似值二变频器容量（KW）x55W 在这里，如果变频器容量是以恒转矩负载为准的（过流能力150% x 60s）如果 变频器带有直流电抗器或交流电抗器, 并且也在柜子里面,这时发热量会更大一 些。电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。这时可以用估算：变频器容量（K W）x60 W因为各变频器厂家的硬件都差不多，所以上式可以针对各品牌的产品.注意：如果有制动电阻的话，因为制动电阻的散热量很大，因此最好安装位置 最好和变频器隔离开，如装在柜子上面或旁边等。那么, 怎样采能降低控制柜内 的发热量呢 ?当变频器

6、安装在控制机柜中时，要考虑变频器发热值的问题。根据机柜内产生 热量值的增加，要适当地增加机柜的尺寸。因此，要使控制机柜的尺寸尽量减小， 就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。如果在变频器安装时，把变频器 的散热器部分放到控制机柜的外面，将会使变频器有 70的发热量释放到控制 机柜的外面。由于大容量变频器有很大的发热量，所以对大容量变频器更加有效。 还可以用隔离板把本体和散热器隔开,使散热器的散热不影响到变频器本体。这 样效果也很好。变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的，横着放散热会变差 的!关于冷却风扇一般功率稍微大一点的变频器，都带有冷却风扇。同时，也建 议在控制柜上出风口安装冷却风扇

7、。进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。注意控制柜和变频器上的风扇都是要的，不能谁替代谁。二、其他关于散热的问题1在海拔高于1000m的地方，因为空气密度降低，因此应加大柜子的冷却风 量以改善冷却效果。理论上变频器也应考虑降容，1000m每-5%。但由于实际上 因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大，所以也要看具 体应用。比方说在1500m的地方，但是周期性负载，如电梯，就不必要降容。2开关频率：变频器的发热主要来自于IGBT, IGBT的发热有集中在开和关 的瞬间。因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。有的厂家宣称降低开 关频率可以扩容，就是这个道理。3. 矢量控制是怎

8、样使电机具有大的转矩的？ 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。三、变频器制动的情况 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

9、的运动而累积。当动能减为零时， 该事物就处在停止状态。机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。这些功率可以用电阻发热消耗。在用 于提升类负载,在下降时,能量（势能）也要返回到变频器（或电源）侧,进行制动.这种 操作方法被称作再生制动，而该方法可应用于变频器制动。在减速期间，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。四、怎样提高制动能力？ 为了用散热来消耗再生功

10、率，需要在变频器侧安装制动电阻。为了改善制动 能力，不能期望靠增加变频器的容量来解决问题。请选用制动电阻、制动单元 或功率再生变换器等选件来改善变频器的制动容量。当电机的旋转速度改变时，其输出转矩会怎样？我们经常听到下面的说法：电机在工频电源供电时（*2）时，电机的起动和 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。如果用大的电 压和频率起动电机，例如使用工频电网直接供电，就会产生一个大的起动冲击（大 的起动电流（*3）。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，所以电机产生的转矩要小于工频电网供电的转矩值。所以变频器驱动的 电机起动电流要小些。通常，电机产生的

11、转矩要随频率的减小（速度降低）而减 些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。 当变频器调速到大于 60Hz 频率时，电机的输出转矩将降低。通常的电机是按 5 0Hz（60Hz）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,P=Pe）变频器输出频率大于 50Hz 频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线 性关系下降。当电机以大于60Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予 考虑，以防止电机输出转矩的不足。举例，电机在 100Hz

12、 时产生的转矩大约要 降低到50Hz时产生转矩的1/2。因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速.（P =Ue*Ie）参考:*1:转矩提升:此功能增加变频器的输出电压，以使电机的输出转矩和电压的平 方成正比的关系增加，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

13、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）。*2:工频电源由电网提供的动力电源（商用电源）*3: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。交流接触器结构与工作原理（一）如图l所示为交流接触器的外形与结构示意图。交流接触器由以下四部分组成:图1CJ10-20型交流接触器圈1 CJ10-20型交流接融器1 一灭弧罩2一触点压力弹簧片3一主触点4一反作用弹簧5 一线圈6一短 路环7 一静铁心8 一弹簧9 一动铁心10 一辅助常开触点11 一辅助常闭触点（1）电磁机构 电磁机构由线圈、动铁

14、心（衔铁）和静铁心组成，其作用是将电磁能转换 成机械能，产生电磁吸力带动触点动作。（2）触点系统 包括主触点和辅助触点。主触点用于通断主电路，通常为三对常开触点。 辅助触点用于控制电路，起电气联锁作用，故又称联锁触点，一般常开、常闭各两对。（3）灭弧装置 容量在 10A 以上的接触器都有灭弧装置，对于小容量的接触器，常采用双 断口触点灭弧、电动力灭弧、相间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧。对于大容量的接触器，采用 纵缝灭弧罩及栅片灭弧。（4）其他部件 包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构及外壳等。 电磁式接触器的工作原理如下：线圈通电后，在铁芯中产生磁通及电磁吸力。此电磁吸力克 服弹簧反力

15、使得衔铁吸合，带动触点机构动作，常闭触点打开，常开触点闭合，互锁或接通 线路。线圈失电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触点 机构复位，断开线路或解除互锁。（二）直流接触器 直流接触器的结构和工作原理基本上与交流接触器相同。在结构上也是由电磁机构、触 点系统和灭弧装置等部分组成。由于直流电弧比交流电弧难以熄灭，直流接触器常采用磁吹 式灭弧装置灭弧。交流接触器的分类及基本参数1交流接触器的分类交流接触器的种类很多，其分类方法也不尽相同。按照一般的分类方法，大致有以下几种。 按主触点极数分 可分为单极、双极、三极、四极和五极接触器。单极接触器主要用于 单相负荷，如照明负

16、荷、焊机等，在电动机能耗制动中也可采用；双极接触器用于绕线式异 步电机的转子回路中，起动时用于短接起动绕组；三极接触器用于三相负荷，例如在电动机 的控制及其它场合，使用最为广泛；四极接触器主要用于三相四线制的照明线路，也可用来 控制双回路电动机负载；五极交流接触器用来组成自耦补偿起动器或控制双笼型电动机，以 变换绕组接法。 按灭弧介质分 可分为空气式接触器、真空式接触器等。依靠空气绝缘的接触器用于一 般负载，而采用真空绝缘的接触器常用在煤矿、石油、化工企业及电压在660V和1140V 等一些特殊的场合。 按有无触点分 可分为有触点接触器和无触点接触器。常见的接触器多为有触点接触器， 而无触点接触器属于电子技术应用的产物，一般采用晶闸管作为回路的通断元件。由于可控 硅导通时所需的触发电压很小，而且回路通断时无火花产生，因而可