变频器工作原理及其选配

变频器工作原理AAAAAAAA变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的••AA[注:再次整流（直流变交流）-，更贴切的叫法是逆变!在这里感谢蔡工给我们编辑们提的意见也欢迎大家多给我们编辑组提出更多珍贵的意见和建议！A.・机电的旋转速度为什么能够自由地改变？A*1:r/minA机电旋转速度单位每分钟旋转次数，也可表示为rpm.A例如2极机电50Hz3000[r/min]A4极机电50Hz1500[r/min]AA$机电的旋转速度同频率成比例A本文中所指的机电为感应式交流机电，在工业中所使用的大部份机电均为此类型机电感应式交流机电（以后简称为机电）的旋转速度近似地确决于机电的极数和频率由机电的工作原理决定机电的极数是固定不变的由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为246）所以普通不适和通过改变该值来调整机电的速度••A此外，频率能够在机电的外面调节后再供给机电，这样机电的旋转速度就可以被自由的控制A因此，以控制频率为目的的变频器，是做为机电调速设备的优选设备An=60f/pAn:同步速度Af:电源频率Ap机电极对数AA$改变频率和电压是最优的机电控制方法A如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使机电出于过电压（过励磁），导致机电可能被烧坏因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压A输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于机电的额定电压A例如为了使机电的旋转速度减半，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200VAA

2.当机电的旋转速度（频率）改变时，其输出转矩会怎样？A*1:工频电源A由电网提供的动力电源（商用电源）A*2:起动电流A当机电开始运转时，变频器的输出电流A---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……A机电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产生一个大的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机电上的，所以机电起动电流和冲击要小些A通常，机电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A通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善机电低速时转矩的不足，甚至在低速区机电也可输出足够的转矩AA.——当变频器调速到大于50Hz频率时，机电的输出转矩将降低通常的机电是按50Hz电压设计创造的，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=TeP=Pe）A变频器输出频率大于50Hz频率时，机电产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降A当机电以大于50Hz频率速度运行时，机电负载的大小必须要赋予考虑，以防止电机输出转矩的不足A举例，机电在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1/2A因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速.（P=Ue*⑹AA.变频器50Hz以上的应用情况A大家知道，对一个特定的机电来说，其额定电压和额定电流是不变的.A如变频器和机电额定值都是15kW/380V/30A机电可以工作在50Hz以上人当转速为50Hz时，变频器的输出电压为380V电流为30A.这时如果增大输出频率到60Hz变频器的最大输出电压电流还只能为380V/30A.很显然输出功率不变.所以我们称之为恒功率调速.A这时的转矩情况怎样呢？A因为P=wT（w:角速度，T:转矩）.因为P不变，w增加了，所以转矩会相应减小.A我们还可以再换一个角度来看:A机电的定子电压U=E+I*R（I为电流，R为电子电阻，E为感应电势）A可以看出，UJ不变时E也不变A而E=k*f*X（k:常数，f:频率，X:磁通），所以当f由50-60Hz时X会相应减小A对于机电来说，T=K*I*X（K:常数，I:电流，X:磁通），因此转矩T会跟着磁通X减小而减小.A同时，小于50Hz时，由于l*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）A结论当变频器输出频率从50Hz以上增加时，机电的输出转矩会减小.A・•A.其他和输出转矩有关的因素A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A载波频率普通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.降低载波频率，机电的电流不会受到影响但元器件的发热会减小A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.A海拔高度海拔高度增加，对散热和绝缘性能都有影响.普通1000m以下可以不考虑.以上每1000米降容5%就可以了AA.矢量控制是怎样改善机电的输出转矩能力的？A*1:转矩提升A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，从而改善机电的输出转矩A$改善机电低速输出转矩不足的技术A使用“矢量控制”，可以使机电在低速，如（无速度传感器时）1Hz（对4极机电，其转速大约为30r/min）时的输出转矩可以达到机电在50Hz供电输出的转矩（最大约为额定转矩的150%）A对于常规的V/F控制，机电的电压降随着机电速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使机电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，来补偿机电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）oA转矩提升功能是提高变频器的输出电压然而即使提高不少输出电压，机电转矩并不能和其电流相对应的提高因为电机电流包含机电产生的转矩分量和其它分量（如励磁分圜oA“矢量控制”把机电的电流值进行分配，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A“矢量控制”可以通过对机电端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许机电产出大的转矩此功能对改善机电低速时温升也有效AAA变频器基础原理知识AA.变频器基础AAVVVF是VariableVoltageandVariableFrequency的缩写，意为改变电压和改变频率，也就是人们所说的变压变频AACVCF是ConstantVoltageandConstantFrequency的缩写，意为恒电压、恒频率，也就是人们所说的恒压恒频AA我们使用的电源分为交流电源和直流电源，普通的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95%左.・・••右AA无论是用于家庭还是用于工厂，单相交流电源和三相交流电源，其电压和频率均按各国的规定有一定的标准，如我国大陆规定，直接用户单相交流电为220V三相交流电线电压为380V频率为50Hz其它国家的电源电压和频率可能于我国的电压和频率不同，如有单相100V/60HZ三相200V/60Hz等等，标准的电压和频率的交流供电电源叫工频交流电AA通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或者频率可变的交流电的装置称作“变频器”oAA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）这个过程叫整流AA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）••A普通逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器AA变频器输出的波形是摹拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器AA对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器，要对波形进行整理，可以输出标准的正弦波，叫变频电源普通变频电源是变频器价格的15--20倍AA由于变频器设备中产生变化的电压或者频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”即变频器AA变频器也可用于家电产品使用变频器的家电产品中，不仅有机电（例如空调等），还有荧光灯等产品AA用于机电控制的变频器，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AA汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverte尸的名称进行出售AA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AA

2.机电的旋转速度为什么能够自由地改变？AAn=60f/p（1-s）n:机电的转速f:电源频率p:机电磁极对数s机电的转差率A机电的转速=60（秒）*频率（Hz）/机电的磁极对数-机电的转差率AA机电旋转速度单位每分钟旋转次数，rpm/min也可表示为rpmAA机电的旋转速度同频率成比例同步机电的转差矩为0同步机电的转速=60（秒）*频率（Hz）/机电的磁极对数AA异步的转速比同步机电的转速低AA例如4极三相步机电60Hz时低于1800[i7min]4极三相异步机电50Hz时低于1500[r/min]AA本文中所指的机电为感应式交流机电，在工业领域所使用的大部份机电均为此类型机电AA感应式交流机电（以后简称为机电）的旋转速度近似地确决于机电的极对数和频率♦♦A由机电的工作原理决定机电的磁极对数是固定不变的由于机电的磁极对数1个磁极对数等于2极，机电的极数不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为246）所以不适和改变该值来调整机电的速度AA此外，频率是机电供电电源的电信号，所以该值能够在机电的外面调节后再供给电机，这样机电的旋转速度就可以被自由的控制AA因此，以控制频率为目的的变频器，是做为机电调速设备的优选设备AA改变频率和电压是最优的机电控制方法AA如果仅改变频率，机电将被烧坏特殊是当频率降低时，该问题就非常突出为了防止机电烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压AA例如为了使机电的旋转速度减半，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400V改变到约200VoAA如果要正确的使用变频器，必须认真地考虑散热的问题AA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！A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AA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:AA发热量的近似值=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者交流电抗器，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者测上方比较好AA这时可以用估算变频器容量（KW）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，如装在柜子上面或者旁边等A那末，怎样采能降低控制柜内的发热量呢？AA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AA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，就必须耍使机柜中产生的热量值尽可能地减少AA如果在变频器安装时，把变频器的散热器部份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AA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AA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！AA关于冷却风扇AA普通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，不能谁替代谁其他关于散热的问题AA

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普通比实际使用的要大，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AA

2、开关频率变频器的发热主要来自于IGBTIGBT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AA矢量控制是怎样使机电具有大的转矩的？AA1转矩提升AA此功能增加变频器的输出电压，以使机电的输出转矩和电压的平方成正比的关系增力口，从而改善机电的输出转矩改善机电低速输出转矩不足的技术A使用“矢量控制”，可以使机电在低速，如（无速度传感器时）1Hz（对4极机电，其转速大约为30r/min）时的输出转矩可以达到机电在50Hz供电输出的转矩（最大约为额定转矩的150%）AA对于常规的V/F控制，机电的电压降随着机电速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使机电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，来补偿机电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”AA转矩提升功能是提高变频器的输出电压然而即使提高不少输出电压，机电转矩并不能和其电流相对应的提高因为电机电流包含机电产生的转矩分量和其它分量（如励磁分量）AA“矢量控制”把机电的电流值进行分配，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”可以通过对机电端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许机电产出大的转矩此功能对改善机电低速时温升也有效AA变频器制动的情况AA1制动的概念AA指电能从机电侧流到变频器侧（或者供电电源侧），这时机电的转速高于同步转速AA负载的能量分为动能和势能.动能（由速度和分量确定其大小）随着物体的运动而积累当动能减为零时，该事物就处在住手状态AA机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为磨擦和能消耗掉A••A对于变频器，如果输出频率降低，机电转速将尾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AA在用于提升类负载，在下降时，能量（势能）也要返回到变频器（或者电源）侧，进行制动AA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AA2怎样提高制动能力？AA为了用散热来消耗再生功率，需耍在变频器侧安装制动电阻AA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”或者“功率再生变换器”等选件来改善变频器的制动容量AA.当机电的旋转速度改变时，其输出转矩会怎样？AA.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时的起动转矩和最大转矩AA我们时常听到下面的说法“机电在工频电源供电时，机电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工如果用大的电压和频率起动机电，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）而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到机电上的，所以机电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机电起动电流要小些AA通常，机电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AA通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善机电低速时转矩的不足，甚至在低速区机电也可输出足够的转矩AA当变频器调速到大于额定频率20%时，机电的输出转矩将降低AA通常的机电是按照额定频率电压设计创造的，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=TeP=Pe）变频器输出频率大于额定频率时（如我国的机电大于50Hz）机电产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降AA当机电以大于额定频率20%速度运行时，机电负载的大小必须要赋予考虑，以防止机电输出转矩的不足AA举例，额定频率为50Hz的机电在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1/2o因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速.。