变频器的工作原理及作用

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1、变频器的工作原理时间 2021.03.10创作：欧阳治I1、基本概念(1) VWF 改变电压、改变频率(Variable Voltage and Variablc Frequency) 的缩写。(2) CVCF 恒 电压、恒频率(Constant Voltage and Constant Frequency) 的缩写。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”。该设备首 先要把三 相或单相交流电变换为直流电(DC)。然后再把直流电(DC) 变换为三相或单相交流电(AC)。变频器同时改变输出频 率与电压，也就是改变了电机 运行曲线上的 n() ,使电机

2、 运行曲线平行下移。因此 变频器可以使电机以较小的启动 电流，获得较大的启 动转矩，即变频器可以启动重载负荷。 变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能，应 用了 现代的科学技术，价格昂贵但性能良好，内部结 构复杂但 使用简单，所以不只是用于启动电动机，而 是广泛的应用 到各个领域，各种各样的功率、各种各 样的外形、各种各 样的体积、各种各样的用途等都有。 随着技术的发展，成 本的降低，变频器一定还会得到 更广泛的应用。 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 200V/60H2 ( 50Hz )或 100V/60H2 (50Hz)o 通常，把电压和频率固定不

3、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 首先要把三相或单相交流电变换为直流 电(DC)。然后再把直流电(DC)变换为三相或单相交流电 (AC), 我们把实现这种转换的装置称为“变频器” (inverter)。变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产 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 使用的由电池值流电)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。

4、 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？(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：4 极电机 60Hz 1,800 r/min, 4极电机 50Hz1,50() 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)的旋转速度近似地取决于电 机的极数和频率。 电机的极数是固定不变的。由于极 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

5、以不适合改变极对数 来调节电机的速度。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。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6()Hz改变到30Hz，这时变频器的输 出电压就必须从200V

6、改变到约1 OOVo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 6()Hz 改变到 30Hz, 这时变频器的输出电压就必须从 200V 改变到约lOOVo 3、关于散热的问题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，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

7、热量的 近似值=变频器容量(KW) X55 W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% * 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(KVO X6()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

8、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 7（）% 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。进 风口要加滤网以防止灰尘进

9、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。另外，散热问题还要注意以下两个问题：（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，1（）（）（）m每-5%o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

10、这个道理。4、矢量控制是怎样使电机具有大的转矩的？（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3（）r/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

11、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。5、变频器制动的有关问题（1）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.

12、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。 机械抱闸装置的方法是用制动装 置把物体动能转换为摩撩 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

13、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）怎样提高制动能力？为了用散热来消耗再生功率，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6、当电机的旋转速度改变时，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。我们经常听到下面的说法：”电机在工频电源供电时 （*1）时，电机的起动和加速冲击很大，而当使 用变

14、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（*2）。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 () Hz (6

15、() Hz)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,Pv=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 1() ()Hz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) o 一、变频器的直接作用：通过改变电动机的电压和频 率， 使电机的速度可以无极调节。软启动节能，功率

16、 因数补偿 节能变频器的间接作用：1 节能(节电)。风机、泵类等设备传统的调速方法是通 过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风 量和给水 量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡 板、阀门的截 流过程中。当使用变频调速时，如果流 量要求减小，通过 降低泵或风机的转速即可满足要 求。降低电耗。 2.提高生产设备自动化程度.当前有很多品牌的变频器，如：杭州奥圣电气有限公 司代 理的日业变频器CM530系列在满足客户通用需求的前提下, 通过扩展设计可以灵活地满足客户个性 化要求、行业性要 求满足各种复杂高精度传动的要 求，同时为设备制造业客 户提供高集成度的一体化解 决方案，二、变频器原理变频器工作原理主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变 换部分， 变频器的主电路大体上可分为两类:电压型 是将电压源的直 流变换为交流的变频器，宜流回路的 滤波是电容。电流型 是将电流源的直流变换为交流的 变频器，其直流回路滤