變頻器工作原理35條

　　變頻器工作原理

　　變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成的。

　　1. 電機的旋轉速度為什么能夠自由地改變？

　　*1: r/min

　　電機旋轉速度單位：每分鐘旋轉次數，也可表示為rpm.

　　例如：2極電機 50Hz 3000 [r/min]

　　4極電機 50Hz 1500 [r/min]

　　結論：電機的旋轉速度同頻率成比例

　　 本文中所指的電機為感應式交流電機，在工業中所使用的大部分電機均為此類型電機。感應式交流電機（以后簡稱為電機）的旋轉速度近似地確決于電機的極數和 頻率。由電機的工作原理決定電機的極數是固定不變的。由于該極數值不是一個連續的數值（為2的倍數，例如極數為2，4，6），所以一般不適和通過改變該值 來調整電機的速度。

　　另外，頻率能夠在電機的外面調節后再供給電機，這樣電機的旋轉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，是做為電機調速設備的優選設備。

　　n = 60f/p

　　n: 同步速度

　　f: 電源頻率

　　p: 電機極對數

　　 結論：改變頻率和電壓是最優的電機控制方法

　　如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時會使電機出于過電壓（過勵磁），導致電機可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時，電壓卻不可以繼續增加，最高只能是等于電機的額定電壓。

　　例如：為了使電機的旋轉速度減半，把變頻器的輸出頻率從50Hz改變到25Hz，這時變頻器的輸出電壓就需要從400V改變到約200V

　　2. 當電機的旋轉速度（頻率）改變時，其輸出轉矩會怎樣？

　　*1: 工頻電源

　　由電網提供的動力電源（商用電源）

　　*2: 起動電流

　　當電機開始運轉時，變頻器的輸出電流

　　變頻器驅動時的起動轉矩和最大轉矩要小于直接用工頻電源驅動

　　電機在工頻電源供電時起動和加速沖擊很大，而當使用變頻器供電時，這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動會產生一個大的起動起動電流。而當使用變頻器時，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的，所以電機起動電流和沖擊要小些。

　　通常，電機產生的轉矩要隨頻率的減?。ㄋ俣冉档停┒鴾p小。減小的實際數據在有的變頻器手冊中會給出說明。

　　通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機低速時轉矩的不足，甚至在低速區電機也可輸出足夠的轉矩。

　　3. 當變頻器調速到大于50Hz頻率時，電機的輸出轉矩將降低

　　通常的電機是按50Hz電壓設計制造的，其額定轉矩也是在這個電壓范圍內給出的。因此在額定頻率之下的調速稱為恒轉矩調速. (T=Te P=Pe)

　　變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時，電機產生的轉矩要以和頻率成反比的線性關系下降。

　　當電機以大于50Hz頻率速度運行時，電機負載的大小必須要給予考慮，以防止電機輸出轉矩的不足。

　　舉例，電機在100Hz時產生的轉矩大約要降低到50Hz時產生轉矩的1/2。

　　因此在額定頻率之上的調速稱為恒功率調速. (P=Ue*Ie)

　　4. 變頻器50Hz以上的應用情況

　　大家知道 對一個特定的電機來說 其額定電壓和額定電流是不變的。

　　如變頻器和電機額定值都是: 15kW/380V/30A 電機可以工作在50Hz以上。

　　當轉速為50Hz時 變頻器的輸出電壓為380V 電流為30A. 這時如果增大輸出頻率到60Hz 變頻器的最大輸出電壓電流還只能為380V/30A. 很顯然輸出功率不變. 所以我們稱之為恒功率調速.

　　這時的轉矩情況怎樣呢?

　　因為P=wT (w:角速度 T:轉矩). 因為P不變 w增加了 所以轉矩會相應減小。

　　我們還可以再換一個角度來看:

　　電機的定子電壓 U = E + I*R (I為電流 R為電子電阻 E為感應電勢)

　　可以看出 UI不變時 E也不變.

　　而E = k*f*X (k:常數 f: 頻率 X:磁通) 所以當f由50--60Hz時 X會相應減小

　　對于電機來說 T=K*I*X (K:常數 I:電流 X:磁通) 因此轉矩T會跟著磁通X減小而減小.

　　同時 小于50Hz時 由于I*R很小 所以U/f=E/f不變時 磁通(X)為常數. 轉矩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(轉矩)能力. 并稱為恒轉矩調速(額定電流不變--最大轉矩不變)

　　結論: 當變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時 電機的輸出轉矩會減小.

　　5. 其他和輸出轉矩有關的因素

　　發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矩能力。

　　載波頻率: 一般變頻器所標的額定電流都是以最高載波頻率 最高環境溫度下能保證持續輸出的數值. 降低載波頻率 電機的電流不會受到影響。但元器件的發熱會減小。

　　環境溫度：就象不會因為檢測到周圍溫度比較低時就增大變頻器保護電流值.

　　海拔高度: 海拔高度增加 對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.

　　6. 矢量控制是怎樣改善電機的輸出轉矩能力的？

　　*1: 轉矩提升

　　此功能增加變頻器的輸出電壓（主要是低頻時），以補償定子電阻上電壓降引起的輸出轉矩損失，從而改善電機的輸出轉矩。

　　$ 改善電機低速輸出轉矩不足的技術

　　使用"矢量控制"，可以使電機在低速如(無速度傳感器時)1Hz（對4極電機，其轉速大約為30r/min）時的輸出轉矩可以達到電機在50Hz供電輸出的轉矩（最大約為額定轉矩的150％）。

　　對于常規的V/F控制，電機的電壓降隨著電機速度的降低而相對增加，這就導致由于勵磁不足，而使電機不能獲得足夠的旋轉力。為了補償這個不足，變頻器中需要通過提高電壓，來補償電機速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個功能叫做"轉矩提升"（*1）。

　　轉矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓，電機轉矩并不能和其電流相對應的提高。 因為電機電流包含電機產生的轉矩分量和其它分量（如勵磁分量）。

　　"矢量控制"把電機的電流值進行分配，從而確定產生轉矩的電機電流分量和其它電流分量（如勵磁分量）的數值。

　　"矢量控制"可以通過對電機端的電壓降的響應，進行優化補償，在不增加電流的情況下，允許電機產出大的轉矩。此功能對改善電機低速時溫升也有效。

　　1、什么是變頻器？

　　變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。

　　2、PWM和PAM的不同點是什么？

　　PWM是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調制)縮寫，按一定規律改變脈沖列的脈沖寬度，以調節輸出量和波形的一種調值方式。

　　 PAM是英文Pulse Amplitude Modulation (脈沖幅度調制) 縮寫，是按一定規律改變脈沖列的脈沖幅度，以調節輸出量值和波形的一種調制方式。

　　3、電壓型與電流型有什么不同？

　　變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容；電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波石電感。

　　4、為什么變頻器的電壓與電流成比例的改變？

　　異 步電動機的轉矩是電機的磁通與轉子內流過電流之間相互作用而產生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴重時將燒毀 電機。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現象的產生。這種控制方式多用于 風機、泵類節能型變頻器。

　　5、電動機使用工頻電源驅動時，電壓下降則電流增加；對于變頻器驅動，如果頻率下降時電壓也下降，那么電流是否增加？

　　頻率下降（低速）時如果輸出相同的功率則電流增加但在轉矩一定的條件下電流幾乎不變。

　　6、采用變頻器運轉時，電機的起動電流、起動轉矩怎樣？

　　采 用變頻器運轉，隨著電機的加速相應提高頻率和電壓，起動電流被限制在150%額定電流以下(根據機種不同，為125%~200%)。用工頻電源直接起動 時，起動電流為6~7倍，因此，將產生機械電氣上的沖擊。采用變頻器傳動可以平滑地起動(起動時間變長)。起動電流為額定電流的1.2~1.5倍，起動轉 矩為70%~120%額定轉矩；對于帶有轉矩自動增強功能的變頻器，起動轉矩為100%以上，可以帶全負載起動。

　　7、V/f模式是什么意思？

　　頻率下降時電壓V也成比例下降，這個問題已在回答4說明。V與f的比例關系是考慮了電機特性而預先決定的，通常在控制器的存儲裝置（ROM）中存有幾種特性，可以用開關或標度盤進行選擇

　　8、按比例地改V和f時，電機的轉矩如何變化？

　　頻 率下降時完全成比例地降低電壓，那么由于交流阻抗變小而直流電阻不變，將造成在低速下產生地轉矩有減小的傾向。因此，在低頻時給定V/f要使輸出電壓提高 一些以便獲得一定地起動轉矩這種補償稱增強起動?？梢圆捎酶鞣N方法實現有自動進行的方法、選擇V/f模式或調整電位器等方法

　　9、在說明書上寫著變速范圍60~6Hz，即10：1，那么在6Hz以下就沒有輸出功率嗎？

　　在6Hz以下仍可輸出功率，但根據電機溫升和起動轉矩的大小等條件，最低使用頻率取6Hz左右，此時電動機可輸出額定轉矩而不會引起嚴重的發熱問題。變頻器實際輸出頻率（起動頻率）根據機種為0.5~3Hz.

　　10、對于一般電機的組合是在60Hz以上也要求轉矩一定，是否可<