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(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測單元微處理單元等組成的。

　　1. 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為什么能夠自由地改變？

　　*1: r/min

　　電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度單位：每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù)，也可表示為rpm.

　　例如：2極電機(jī) 50Hz 3000 [r/min]

　　4極電機(jī) 50Hz 1500 [r/min]

　　結(jié)論：電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例

　　 本文中所指的電機(jī)為感應(yīng)式交流電機(jī)，在工業(yè)中所使用的大部分電機(jī)均為此類型電機(jī)。感應(yīng)式交流電機(jī)（以后簡稱為電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機(jī)的極數(shù)和 頻率。由電機(jī)的工作原理決定電機(jī)的極數(shù)是固定不變的。由于該極數(shù)值不是一個(gè)連續(xù)的數(shù)值（為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2，4，6），所以一般不適和通過改變?cè)撝?來調(diào)整電機(jī)的速度。

　　另外，頻率能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供給電機(jī)，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)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(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。

　　n = 60f/p

　　n: 同步速度

　　f: 電源頻率

　　p: 電機(jī)極對(duì)數(shù)

　　 結(jié)論：改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機(jī)控制方法

　　如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時(shí)會(huì)使電機(jī)出于過電壓（過勵(lì)磁），導(dǎo)致電機(jī)可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要同時(shí)改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時(shí)，電壓卻不可以繼續(xù)增加，最高只能是等于電機(jī)的額定電壓。

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

　　2. 當(dāng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度（頻率）改變時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)怎樣？

　　*1: 工頻電源

　　由電網(wǎng)提供的動(dòng)力電源（商用電源）

　　*2: 起動(dòng)電流

　　當(dāng)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，變頻器的輸出電流

　　變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動(dòng)

　　電機(jī)在工頻電源供電時(shí)起動(dòng)和加速?zèng)_擊很大，而當(dāng)使用變頻器供電時(shí)，這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的起動(dòng)起動(dòng)電流。而當(dāng)使用變頻器時(shí)，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的，所以電機(jī)起動(dòng)電流和沖擊要小些。

　　通常，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減小（速度降低）而減小。減小的實(shí)際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊(cè)中會(huì)給出說明。

　　通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機(jī)低速時(shí)轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低速區(qū)電機(jī)也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。

　　3. 當(dāng)變頻器調(diào)速到大于50Hz頻率時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低

　　通常的電機(jī)是按50Hz電壓設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速. (T=Te P=Pe)

　　變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。

　　當(dāng)電機(jī)以大于50Hz頻率速度運(yùn)行時(shí)，電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。

　　舉例，電機(jī)在100Hz時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1/2。

　　因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速. (P=Ue*Ie)

　　4. 變頻器50Hz以上的應(yīng)用情況

　　大家知道 對(duì)一個(gè)特定的電機(jī)來說 其額定電壓和額定電流是不變的。

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

　　當(dāng)轉(zhuǎn)速為50Hz時(shí) 變頻器的輸出電壓為380V 電流為30A. 這時(shí)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(diào)速.

　　這時(shí)的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢?

　　因?yàn)镻=wT (w:角速度 T:轉(zhuǎn)矩). 因?yàn)镻不變 w增加了 所以轉(zhuǎn)矩會(huì)相應(yīng)減小。

　　我們還可以再換一個(gè)角度來看:

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

　　可以看出 UI不變時(shí) E也不變.

　　而E = k*f*X (k:常數(shù) f: 頻率 X:磁通) 所以當(dāng)f由50--60Hz時(shí) X會(huì)相應(yīng)減小

　　對(duì)于電機(jī)來說 T=K*I*X (K:常數(shù) I:電流 X:磁通) 因此轉(zhuǎn)矩T會(huì)跟著磁通X減小而減小.

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

　　結(jié)論: 當(dāng)變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時(shí) 電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)減小.

　　5. 其他和輸出轉(zhuǎn)矩有關(guān)的因素

　　發(fā)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(zhuǎn)矩能力。

　　載波頻率: 一般變頻器所標(biāo)的額定電流都是以最高載波頻率 最高環(huán)境溫度下能保證持續(xù)輸出的數(shù)值. 降低載波頻率 電機(jī)的電流不會(huì)受到影響。但元器件的發(fā)熱會(huì)減小。

　　環(huán)境溫度：就象不會(huì)因?yàn)闄z測到周圍溫度比較低時(shí)就增大變頻器保護(hù)電流值.

　　海拔高度: 海拔高度增加 對(duì)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(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩能力的？

　　*1: 轉(zhuǎn)矩提升

　　此功能增加變頻器的輸出電壓（主要是低頻時(shí)），以補(bǔ)償定子電阻上電壓降引起的輸出轉(zhuǎn)矩?fù)p失，從而改善電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。

　　$ 改善電機(jī)低速輸出轉(zhuǎn)矩不足的技術(shù)

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

　　對(duì)于常規(guī)的V/F控制，電機(jī)的電壓降隨著電機(jī)速度的降低而相對(duì)增加，這就導(dǎo)致由于勵(lì)磁不足，而使電機(jī)不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力。為了補(bǔ)償這個(gè)不足，變頻器中需要通過提高電壓，來補(bǔ)償電機(jī)速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個(gè)功能叫做"轉(zhuǎn)矩提升"（*1）。

　　轉(zhuǎn)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(jī)轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對(duì)應(yīng)的提高。 因?yàn)殡姍C(jī)電流包含電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量（如勵(lì)磁分量）。

　　"矢量控制"把電機(jī)的電流值進(jìn)行分配，從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機(jī)電流分量和其它電流分量（如勵(lì)磁分量）的數(shù)值。

　　"矢量控制"可以通過對(duì)電機(jī)端的電壓降的響應(yīng)，進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，在不增加電流的情況下，允許電機(jī)產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩。此功能對(duì)改善電機(jī)低速時(shí)溫升也有效。

　　1、什么是變頻器？

　　變頻器是利用電力半導(dǎo)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(diǎn)是什么？

　　PWM是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制)縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)值方式。

　　 PAM是英文Pulse Amplitude Modulation (脈沖幅度調(diào)制) 縮寫，是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是電機(jī)的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過電流之間相互作用而產(chǎn)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(yán)重時(shí)將燒毀 電機(jī)。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時(shí)控制變頻器輸出電壓，使電動(dòng)機(jī)的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。這種控制方式多用于 風(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能型變頻器。

　　5、電動(dòng)機(jī)使用工頻電源驅(qū)動(dòng)時(shí)，電壓下降則電流增加；對(duì)于變頻器驅(qū)動(dòng)，如果頻率下降時(shí)電壓也下降，那么電流是否增加？

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

　　6、采用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)的起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩怎樣？

　　采 用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)，隨著電機(jī)的加速相應(yīng)提高頻率和電壓，起動(dòng)電流被限制在150%額定電流以下(根據(jù)機(jī)種不同，為125%~200%)。用工頻電源直接起動(dòng) 時(shí)，起動(dòng)電流為6~7倍，因此，將產(chǎn)生機(jī)械電氣上的沖擊。采用變頻器傳動(dòng)可以平滑地起動(dòng)(起動(dòng)時(shí)間變長)。起動(dòng)電流為額定電流的1.2~1.5倍，起動(dòng)轉(zhuǎn) 矩為70%~120%額定轉(zhuǎn)矩；對(duì)于帶有轉(zhuǎn)矩自動(dòng)增強(qiáng)功能的變頻器，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為100%以上，可以帶全負(fù)載起動(dòng)。

　　7、V/f模式是什么意思？

　　頻率下降時(shí)電壓V也成比例下降，這個(gè)問題已在回答4說明。V與f的比例關(guān)系是考慮了電機(jī)特性而預(yù)先決定的，通常在控制器的存儲(chǔ)裝置（ROM）中存有幾種特性，可以用開關(guān)或標(biāo)度盤進(jìn)行選擇

　　8、按比例地改V和f時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩如何變化？

　　頻 率下降時(shí)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(chǎn)生地轉(zhuǎn)矩有減小的傾向。因此，在低頻時(shí)給定V/f要使輸出電壓提高 一些以便獲得一定地起動(dòng)轉(zhuǎn)矩這種補(bǔ)償稱增強(qiáng)起動(dòng)。可以采用各種方法實(shí)現(xiàn)有自動(dòng)進(jìn)行的方法、選擇V/f模式或調(diào)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(jù)電機(jī)溫升和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小等條件，最低使用頻率取6Hz左右，此時(shí)電動(dòng)機(jī)可輸出額定轉(zhuǎn)矩而不會(huì)引起嚴(yán)重的發(fā)熱問題。變頻器實(shí)際輸出頻率（起動(dòng)頻率）根據(jù)機(jī)種為0.5~3Hz.

　　10、對(duì)于一般電機(jī)的組合是在60Hz以上也要求轉(zhuǎn)矩一定，是否可<