變頻器工作原理

1、變頻器工作原理及應(yīng)用一、變頻器簡介變頻器，英文名為frequencychanger 或frequencyconverter，是一種變頻器主要由整流（交流變直流、濾波、再（直流變交流此外，它還具有改變交流電電壓輔助功能。過去，變頻器一般被包含電動發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器等電氣設(shè)備中。半導(dǎo)體電子設(shè)備出現(xiàn)，人們已經(jīng)可以生產(chǎn)完全獨立變頻器。變頻技術(shù)就是通過改變交流電頻率的方式實現(xiàn)交流電控制的技術(shù)就叫變頻技術(shù)。2060SCRGTO(BJT(雙極型MOSFETSIT(SITH(靜MGT(MOSMCT(MOSIGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)，器件的2070脈寬調(diào)制變壓變頻(

2、PWMVVVF)2080PWM其中以鞍形波PWM2080英等發(fā)達(dá)國家的VVVFVVVF但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較小，受定子電阻壓降的影響比較顯著，故造成輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。矢量控制變頻調(diào)速的做法是：將異步電動機在三相坐標(biāo)系下的定子交流Ia、IbIc、通過三相二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電Ia1Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直Im1It1(Im1經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實現(xiàn)對異步電動機的控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然

3、而在實際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，系統(tǒng)特性受電動機參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動分析的結(jié)果。1985DePenbrock技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。直接轉(zhuǎn)矩控制就是直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機的數(shù)學(xué)模型，控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動機化成等效直流電動機，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計算；它不需要模仿直流電動機的控制， 也不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學(xué)模型。VVVF一種。變頻器實際上就是一個逆變器，它首先是將

4、交流電變?yōu)橹绷麟?，然后用電子元件對直流電進(jìn)行開關(guān)，變?yōu)榻涣麟姟Ｒ话愎β瘦^大變頻器用可控硅， 并設(shè)一個可調(diào)頻率裝置，使頻率一定范圍內(nèi)可調(diào)，用來控制電機轉(zhuǎn)數(shù)，使轉(zhuǎn)數(shù)一定范圍內(nèi)可調(diào)。不同變頻器能夠處理電源功率是不一樣，從幾瓦到幾兆瓦都有。變2（rectifier）和逆變器（Inverter）其中，整流器將輸入交流電轉(zhuǎn)換為直流電，逆變器將直流電再轉(zhuǎn)換成所需頻2 個部分之外，變頻器還有可能包含變壓器和電池。其中，變隔離輸入/輸出電路變頻器廣泛用于交流電機調(diào)速中。變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動技術(shù)重 二、變頻技術(shù)在電機控制中的應(yīng)用1式交流電機。感應(yīng)式交流電機（以后簡稱為電機）的旋轉(zhuǎn)速度取決于電機的電機的極數(shù)是

5、固定不變的。由于該極數(shù)值不是一個連續(xù)的數(shù)值（為21500 r/mi，4極電機 50Hz75【r/mi是一個階躍式。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/p n:f:p: 電機極對數(shù)2、改變頻率和電壓是最優(yōu)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。50

6、Hz400V200V3、 當(dāng)電機的旋轉(zhuǎn)速度（頻率）改變時，其輸出轉(zhuǎn)矩會怎樣？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很大，而當(dāng)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)生一個大的起動電流。而當(dāng)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（速度降低而減小。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。4、當(dāng)變頻器調(diào)速到大于 50Hz 頻率時，電機的輸出轉(zhuǎn)矩將降低50Hz(T=Te, P=Pe)50Hz線性關(guān)系下降。50Hz以防止電機輸出轉(zhuǎn)矩的不足。100Hz50H

7、z1/2(P=Ue*Ie)三、變頻器節(jié)能原理為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機械在設(shè)計配用動力驅(qū)動時，都留有一定的富余量。電機不能在滿負(fù)荷下運行，除達(dá)到動力驅(qū)動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費，在壓力偏高時，可降低電機的運行速度，使其在恒壓的同時節(jié)約電能。1、 變頻節(jié)能：為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機械在設(shè)計配用動力驅(qū)動時，都留有一定的富余量。電機不能在滿負(fù)荷下運行，除達(dá)到動力驅(qū)動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費，在壓力偏低時，可降低電機的運行速度，使其在恒壓的同時節(jié)約電能。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速從 N1 變到 N2 時，其電機軸功率 （P）的變化關(guān)系如下：P2

8、 P1 = （N2/N1）3 ，由此可見降低電機轉(zhuǎn)速可得到立方級的節(jié)能效果。2、 動態(tài)調(diào)整節(jié)能：迅速適應(yīng)負(fù)載變動，供給最大效率電壓。變頻調(diào)速器在軟件上設(shè)有 5000次/秒的測控輸出功能，始終保持電機的輸出高效率運行。3、通過變頻自身的V/F 功能節(jié)電：在保證電機輸出力矩的情況下，可自動調(diào)節(jié) V/F 曲線。減少電機的輸出力矩，降低輸入電流，達(dá)到節(jié)能狀態(tài)。4、 變頻自帶軟啟動節(jié)能：在電機全壓啟動時，由于電機的啟動力矩需要，要從電網(wǎng)吸收 7 倍的電機額定電流，而大的啟動電流即浪費電力，對電網(wǎng)的電壓波動損害也很大， 增加了線損和變損。采用軟啟動后，啟動電流可從0 - 電機額定電流，減少了啟動電流對電網(wǎng)

9、的沖擊，節(jié)約了電費，也減少了啟動慣性對設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命。5、提高功率因數(shù)節(jié)能：電動機由定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組通過電磁作用而產(chǎn)生力矩。繞組由于其感 造成功率因數(shù)很低。AC DC AC流濾波后，負(fù)載特性發(fā)生了變化。變頻調(diào)速器對電網(wǎng)的阻抗特性呈阻性，功率因數(shù)很高，減少了無功損耗四、變頻器在使用中的注意事項1、變頻器與負(fù)載的匹配問題；電壓匹配；變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。對于特殊的負(fù)載如深水泵等則需要參考電機性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時有可能發(fā)生。2、在使用變頻器驅(qū)動高速電機時，由于高速電機的電抗小，高次諧

10、波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機的選型。3、變頻器如果要長電纜運行時，此時要采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣情況下，變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。4、 對于一些特殊的應(yīng)用場合，如高溫，高海拔，此時會引起變頻器的降容，變頻器容量要放大一擋。5、變頻器的安裝環(huán)境工作溫度。變頻器內(nèi)部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影 響，產(chǎn)品一般要求為055，但為了保證工作安全、可靠，使用時應(yīng)考慮留有余地，最好控制在40并嚴(yán)格遵守產(chǎn)品說明書中的安裝要求，絕對不允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元 件緊靠變頻器的

11、底部安裝。一般在使用變頻器時都要安裝交流電抗器，電抗器安裝在變頻器側(cè)面或測上方比較好。這個問題會比較突出。引線、印刷電路板等，而且還會加速塑料器件的老化，降低絕緣性能。振動和沖擊。裝有變頻器的控制柜受到機械振動和沖擊時，會引起電遠(yuǎn)離振動源和沖擊源外，還應(yīng)使用抗震橡皮墊固定控制柜外和內(nèi)電磁開關(guān)之 類產(chǎn)生振動的元器件。設(shè)備運行一段時間后，應(yīng)對其進(jìn)行檢查和維護(hù)。統(tǒng)無法工作，導(dǎo)致控制單元失靈或損壞。6、 變頻器和電機的距離確定電纜和布線方法；干擾的發(fā)射源。全部用穿線管屏蔽。電機電纜應(yīng)獨立于其它電纜走線，其最小距離為避免電機電纜與其它電纜長距離平行走線，這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾

12、。如果控制電纜和電源電纜交叉，應(yīng)盡可能使它們按度角交叉。與變頻器有關(guān)的模擬量信號線與主回路線分開走線，即使在控制柜中也要如此。三芯電纜（其規(guī)格要比普通電機的電纜大檔）或遵從變頻器的用戶手冊。 五、變頻器常見故障的判斷參數(shù)設(shè)定不良或機械故障。如果是變頻器出現(xiàn)故障，如何去判斷是哪一部分問題，在這里略作介紹。一、靜態(tài)測試1、測試整流電路PNX10表棒接到P，黑表棒分別依到RST衡。相反將黑表棒接到PRSTNA.阻值三相不平衡，可以說明整流橋故障。BP2、測試逆變電路將紅表棒接到P 端,黑表棒分別接U、V、W 上，應(yīng)該有幾十歐的阻值，且各相阻值基本相同，反相應(yīng)該為無窮大。將黑表棒接到 N 端，重復(fù)以上

13、步驟應(yīng)得到相同結(jié)果，否則可確定逆變模塊故障二、動態(tài)測試在靜態(tài)測試結(jié)果正常以后，才可進(jìn)行動態(tài)測試，即上電試機。在上電前后必須注意以下幾點:1、上電之前，須確認(rèn)輸入電壓是否有誤，誤將380V220V頻器之中會出現(xiàn)炸機（炸電容、壓敏電阻、模塊等）。2、檢查變頻器各接播口是否已正確連接,連接是否有松動,連接異常有時可能導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)故障,嚴(yán)重時會出現(xiàn)炸機等情況。3、上電后檢測故障顯示內(nèi)容,并初步斷定故障及原因。4、如未顯示故障,首先檢查參數(shù)是否有異常,并將參數(shù)復(fù)歸后,進(jìn)行空載 (不接電機)情況下啟動變頻器,并測試UVW三相不平衡等情況，則模塊或驅(qū)動板等有故障5、在輸出電壓正常（無缺相、三相平衡）的情況

14、下，帶載測試。測試時， 最好是滿負(fù)載測試。三、故障判斷1、整流模塊損壞：一般是由于電網(wǎng)電壓或內(nèi)部短路引起。在排除內(nèi)部短路情況下，更換整流橋。在現(xiàn)場處理故障時，應(yīng)重點檢查用戶電網(wǎng)情況，如電網(wǎng)電壓，有無電焊機等對電網(wǎng)有污染的設(shè)備等。2、逆變模塊損壞：一般是由于電機或電纜損壞及驅(qū)動電路故障引起。在修復(fù)驅(qū)動電路之后，測驅(qū)動波形良好狀態(tài)下，更換模塊。在現(xiàn)場服務(wù)中更換驅(qū)動板之后，還必須注意檢查馬達(dá)及連接電纜。在確定無任何故障下，運行變頻器。3、上電無顯示 ：一般是由于開關(guān)電源損壞或軟充電電路損壞使直流電路無直流電引起，如啟動電阻損壞，也有可能是面板損壞。4、上電后顯示過電壓或欠電壓：一般由于輸入缺相，電路

15、老化及電路板受潮引起。找出其電壓檢測電路及檢測點，更換損壞的器件。5、上電后顯示過電流或接地短路一般是由于電流檢測電路損壞。如霍爾元件、運放等。6、啟動顯示過電流一般是由于驅(qū)動電路或逆變模塊損壞引起。7、空載輸出電壓正常,帶載后顯示過載或過電流該種情況一般是由于參數(shù)設(shè)置不當(dāng)或驅(qū)動電路老化,模塊損傷引起。1、什么是電抗器？電氣回路的主要組成部分有電阻、電容和電感.電感具有抑制電流變化的作用,并能使交流電移相.把具有電感作用的繞線式的靜止感應(yīng)裝置稱為電抗器。2、電抗器的作用電抗器，實質(zhì)上是一個無導(dǎo)磁材料的空心線圈。它可以根據(jù)需要，布置為垂直、水平和品字形三種裝配形式。在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，會產(chǎn)生數(shù)值很大的短路電流。如果不加以限制，要保持電氣設(shè)備的動態(tài)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定是非常困難的。因此，為了滿足某些斷路器遮斷容量的要求，常在出線斷路器處串聯(lián)電抗器，增大短路阻抗，限制短路電流。由于采用了電抗器，在發(fā)生短路時，電抗器上的電壓降較大，所以也起到了維持母線電壓水平的作用，使母線上的電壓波