變頻器工作原理及講解

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2、壇 有獎互動 人才交流rzb123 的博客加入收藏rzb123 的博客個人首頁:管理博客我的文章:我的相冊:我的圈子:我的播客:給我留言發(fā)表文章:登錄變頻器工作原理及講解圈子類別：低壓變頻器（ 未知 ）2011-1-8 18:27:00我要評論 加入收藏 加入圈子 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(qū)動單元、 檢測單元微處理單元等組成的。1. 電機的旋轉(zhuǎn)速度為什么能夠自由地改變？*1: r/min電機旋轉(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 50Hz 3000 r/min4 極電機 50Hz 1500 r/min結(jié)論：電機的

3、旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例 本文中所指的電機為感應(yīng)式交流電機，在工業(yè)中所使用的大部分電機均為此類型電機。感應(yīng)式交流電機 （以后簡稱為電機） 的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機的極數(shù)和頻率。 由電機的 工作原理決定電機的極數(shù)是固定不變的。由于該極數(shù)值不是一個連續(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該值來調(diào)整電機的速度。另外，頻率能夠在電機的外面調(diào)節(jié)后再供給電機， 這樣電機的旋轉(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，是做為電機調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。n = 60f/pn: 同步速度f: 電源頻率 p: 電機極對數(shù)結(jié)論：改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機控制方法 如果僅改

4、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(xù)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(zhuǎn)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 200V2. 當電機的旋轉(zhuǎn)速度（頻率）改變時,其輸出轉(zhuǎn)矩會怎樣？*1: 工頻電源 由電網(wǎng)提供的動力電源（商用電源）*2: 起動電流 當電機開始運轉(zhuǎn)時,變頻器的輸出電流 變頻器驅(qū)動時的起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動 電機在工頻電源供電時起動和加速沖擊

5、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(chǎn)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(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減小（速度降低） 而減小。 減小的實際數(shù)據(jù)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(zhuǎn)矩的不足, 甚至在低速區(qū)電 機也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。3. 當變頻器調(diào)速到大于 50Hz 頻率時,電機的輸出轉(zhuǎn)矩將降低通常的電機是按50Hz電壓設(shè)計制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個電壓范圍內(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, P6

6、0Hz時,X會相應(yīng)減小 對于電機來說,T=K*I*X, （K:常數(shù),I:電流,X:磁通）,因此轉(zhuǎn)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(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：當變頻器輸出頻率從 50Hz以上增加時，電機的輸出轉(zhuǎn)矩會減小.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

7、持 續(xù)輸出的數(shù)值 . 降低載波頻率 , 電機的電流不會受到影響。但元器件的發(fā)熱會減小。環(huán)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(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） ，以補償定子電阻上電壓降引起的 輸出轉(zhuǎn)矩損失，從而改善電機的輸出轉(zhuǎn)矩。$ 改善電機低速輸出轉(zhuǎn)矩不足的技術(shù)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(zhuǎn) 速大約為 30

8、r/min ）時的輸出轉(zhuǎn)矩可以達到電機在 50Hz 供電輸出的轉(zhuǎn)矩（最大約為額定轉(zhuǎn) 矩的 150）。對于常規(guī)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(zhuǎn)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(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， 電機轉(zhuǎn)矩并 不能和其電流相對應(yīng)的提高。 因為電機電流包含電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)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(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機電流分量和其它電流分量（如勵

9、磁分量）的數(shù)值。矢量控制 可以通過對電機端的電壓降的響應(yīng)，進行優(yōu)化補償， 在不增加電流的情況下，允許電機產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)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(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

10、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？ 異步電動機的轉(zhuǎn)矩是電機的磁通與轉(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(xiàn)象的產(chǎn)生。這種控制方式多用于風機、泵類節(jié)能型變頻器。5、電動機使用工頻電源

11、驅(qū)動時，電壓下降則電流增加；對于變頻器驅(qū)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(zhuǎn)矩一定的條件下 ,電流幾乎不變。6、采用變頻器運轉(zhuǎn)時，電機的起動電流、起動轉(zhuǎn)矩怎樣？ 采用變頻器運轉(zhuǎn)，隨著電機的加速相應(yīng)提高頻率和電壓，起動電流被限制在150% 額定電流以下（根據(jù)機種不同，為 125%200%） 。用工頻電源直接起動時，起動電流為67 倍，因此，將產(chǎn)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 1.21.5 倍，起動轉(zhuǎn)矩為 70%120% 額定轉(zhuǎn)矩；對于帶有轉(zhuǎn)矩自動增強功能的變頻

12、 器，起動轉(zhuǎn)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(guān)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(guān)或標度盤進行選擇8、按比例地改 V和f時，電機的轉(zhuǎn)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(chǎn)生地轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩 ,這種補償稱增強起動?？梢圆捎酶鞣N方法實現(xiàn) ,有自動進行的方法、選擇 V/f 模式或調(diào)整電位器等方法9、在

13、說明書上寫著變速范圍 606Hz ，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)電機溫升和起動轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩而不會引起嚴重的發(fā)熱問題。變頻器實際輸出頻率 （起動頻率）根據(jù)機種為 0.53Hz.10、對于一般電機的組合是在 60Hz 以上也要求轉(zhuǎn)矩一定，是否可以？ 通常情況下時不可以的。在 60Hz 以上（也有 50Hz 以上的模式）電壓不變，大體為恒功率 特性，在 高速下要求相同轉(zhuǎn)矩時，必須注意電機與變頻器容量的選擇。11、所謂開環(huán)是什么意思？給所使用的電機裝置設(shè)速度檢出器（PG），將實

14、際轉(zhuǎn)速反饋給控制裝置進行控制的，稱為“閉環(huán) ”，不用 PG 運轉(zhuǎn)的就叫作“開環(huán)” 。通用變頻器多為開環(huán)方式，也有的機種利用選件可 進行 PG 反饋 .12、實際轉(zhuǎn)速對于給定速度有偏差時如何辦？開環(huán)時， 變頻器即使輸出給定頻率， 電機在帶負載運行時， 電機的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)差率的范圍 內(nèi)（ 1%5%）變動。對于要求調(diào)速精度比較高，即使負載變動也要求在近于給定速度下運 轉(zhuǎn)的場合，可采用具有 PG 反饋功能的變頻器（選用件） 。13、如果用帶有PG的電機，進行反饋后速度精度能提高嗎？具有PG反饋功能的變頻器，精度有提高。但速度精度的植取決于PG本身的精度和變頻器輸出頻率的分辨率。14、失速防止功能是什么

15、意思？如果給定的加速時間過短，變頻器的輸出頻率變化遠遠超過轉(zhuǎn)速（電角頻率）的變化，變頻 器將因流過過電流而跳閘，運轉(zhuǎn)停止，這就叫作失速。為了防止失速使電機繼續(xù)運轉(zhuǎn)， 就要 檢出電流的大小進行頻率控制。 當加速電流過大時適當放慢加速速率。 減速時也是如此。 兩 者結(jié)合起來就是失速功能。15、有加速時間與減速時間可以分別給定的機種，和加減速時間共同給定的機種， 這有什么意義？加減速可以分別給定的機種， 對于短時間加速、 緩慢減速場合， 或者對于小型機床需要嚴格 給定生產(chǎn)節(jié)拍時間的場合是適宜的， 但對于風機傳動等場合， 加減速時間都較長， 加速時間 和減速時間可以共同給定。16、什么是再生制動？ 電

16、動機在運轉(zhuǎn)中如果降低指令頻率， 則電動機變?yōu)楫惒桨l(fā)電機狀態(tài)運行， 作為制動器而工作， 這就叫作再生（電氣）制動。17、是否能得到更大的制動力？從電機再生出來的能量貯積在變頻器的濾波電容器中， 由于電容器的容量和耐壓的關(guān)系， 通 用變頻器的再生制動力約為額定轉(zhuǎn)矩的10%20% 。如采用選用件制動單元，可以達到50%100% 。18、請說明變頻器的保護功能 ? 保護功能可分為以下兩類：（ 1） 檢知異常狀態(tài)后自動地進行修正動作，如過電流失速防止，再生過電壓失速防止。（ 2） 檢知異常后封鎖電力半導體器件PWM 控制信號， 使電機自動停車。 如過電流切斷、再生過電壓切斷、半導體冷卻風扇過熱和瞬時停電

17、保護等。19、為什么用離合器連續(xù)負載時，變頻器的保護功能就動作？用離合器連接負載時， 在連接的瞬間， 電機從空載狀態(tài)向轉(zhuǎn)差率大的區(qū)域急劇變化， 流過的 大電流導致變頻器過電流跳閘，不能運轉(zhuǎn)。20、在同一工廠內(nèi)大型電機一起動，運轉(zhuǎn)中變頻器就停止，這是為什么？ 電機起動時將流過和容量相對應(yīng)的起動電流， 電機定子側(cè)的變壓器產(chǎn)生電壓降， 電機容量大 時此壓降影響也大， 連接在同一變壓器上的變頻器將做出欠壓或瞬停的判斷， 因而有時保護 功能（IPE）動作，造成停止運轉(zhuǎn)。21、什么是變頻分辨率？有什么意義？對于數(shù)字控制的變頻器， 即使頻率指令為模擬信號， 輸出頻率也是有級給定。 這個級差的最 小單位就稱為

18、變頻分辨率。變頻分辨率通常取值為 0.0150.5Hz.例如，分辨率為 0.5Hz,那么23Hz的上面可變?yōu)?3.5、 24.0 Hz，因此電機的動作也是有級的跟隨。這樣對于像連續(xù)卷取控制的用途就造成問題。在這種情況下，如果分辨率為0.015Hz左右，對于4級電機1個級差為1r/min以下，也可充分適應(yīng)。另外,有的機種給定分辨率與輸出分辨率不相同。22、裝設(shè)變頻器時安裝方向是否有限制。變頻器內(nèi)部和背面的結(jié)構(gòu)考慮了冷卻效果的, 上下的關(guān)系對通風也是重要的, 因此, 對于單 元型在盤內(nèi)、掛在墻上的都取縱向位,盡可能垂直安裝。23、不采用軟起動,將電機直接投入到某固定頻率的變頻器時是否可以？ 在很低

19、的頻率下是可以的, 但如果給定頻率高則同工頻電源直接起動的條件相近。 將流過大 的起動電流（ 67 倍額定電流） ,由于變頻器切斷過電流,電機不能起動。24、電機超過 60Hz 運轉(zhuǎn)時應(yīng)注意什么問題？超過 60Hz 運轉(zhuǎn)時應(yīng)注意以下事項（1）機械和裝置在該速下運轉(zhuǎn)要充分可能（機械強度、噪聲、振動等）。（2）電機進入恒功率輸出范圍,其輸出轉(zhuǎn)矩要能夠維持工作 （風機、 泵等軸輸出功率于速 度的立方成比例增加，所以轉(zhuǎn)速少許升高時也要注意） 。（3）產(chǎn)生軸承的壽命問題，要充分加以考慮。（4）對于中容量以上的電機特別是 2 極電機，在 60Hz 以上運轉(zhuǎn)時要與廠家仔細商討。25、變頻器可以傳動齒輪電機嗎

20、？ 根據(jù)減速機的結(jié)構(gòu)和潤滑方式不同，需要注意若干問題。在齒輪的結(jié)構(gòu)上通?？煽紤] 7080Hz 為最大極限，采用油潤滑時，在低速下連續(xù)運轉(zhuǎn)關(guān)系到齒輪的損壞等。26、變頻器能用來驅(qū)動單相電機嗎？可以使用單相電源嗎？ 機基本上不能用。對于調(diào)速器開關(guān)起動式的單相電機，在工作點以下的調(diào)速范圍時將燒毀 輔助繞組；對于電容起動或電容運轉(zhuǎn)方式的，將誘發(fā)電容器爆炸。變頻器的電源通常為 3 相，但對于小容量的，也有用單相電源運轉(zhuǎn)的機種。27、變頻器本身消耗的功率有多少？ 它與變頻器的機種、運行狀態(tài)、使用頻率等有關(guān)，但要回答很困難。不過在 60Hz 以下的變 頻器效率大約為 94%96%，據(jù)此可推算損耗，但內(nèi)藏再生制動式（FR-K ）變頻器，如果把制動時的損耗也考慮進去，功率消耗將變大，對于操作盤設(shè)計等必須注意。28、為什么不能在 660Hz 全區(qū)域連續(xù)運轉(zhuǎn)使用？ 一般電機利用裝在軸上的外扇或轉(zhuǎn)子端環(huán)上的葉片進行冷卻，若速度降低則冷卻效果下降， 因而不能承受與高速運轉(zhuǎn)相同的發(fā)熱， 必須降低在低速下的負載轉(zhuǎn)矩， 或采用容量大的變頻 器與電機組合，或采用專用電機。29、使用帶制動器的電機時應(yīng)注意什么？ 制動器勵磁回路電源應(yīng)取自變頻器的輸入側(cè)。 如果變頻器正在輸出功率時制動器動作， 將造 成過電流切斷。所以要在變頻器停止輸出后再使制動器動作。30、想用變頻器傳動帶有改善功率因數(shù)用電容