变频器工作原理综述.docx
《变频器工作原理综述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变频器工作原理综述.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
变频器工作原理综述
变频器工作原理
发布:
|作者:
|来源:
wanghuixiang|查看:
1880次|用户关注：
1、基本概念
（1）VVVF改变电压、改变频率（VariableVoltageandVariableFrequency）的缩写。
（2）CVCF恒电压、恒频率（ConstantVoltageandConstantFrequency）的缩写。
各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz）。
通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。
产生可变的电压和频率，该设备首先要把三相或
1、基本概念
（1）VVVF改变电压、改变频率（VariableVoltageandVariableFrequency）的缩写。
（2）CVCF恒电压、恒频率（ConstantVoltageandConstantFrequency）的缩写。
各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz）。
通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。
产生可变的电压和频率，该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。
然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC），我们把实现这种转换的装置称为“变频器”（inverter）。
变频器也于家电产品。
使用变频器的家电产品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。
用于电机控制的变频器，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。
汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。
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。
2.电机的旋转速度为什么自由地改变？
（1）r/min电机旋转速度单位：
每分钟旋转次数，也可表示为rpm。
例如：
4极电机60Hz1,800[r/min]，4极电机50Hz1,500[r/min]，电机的旋转速度同频率成比例。
本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。
感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地取决于电机的极数和频率。
电机的极数是固定不变的。
极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），不适合改变极对数来调节电机的速度。
，频率是电机供电电源的电信号，该值在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。
，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。
n=60f/p，n:
同步速度，f:
电源频率，p:
电机极数，改变频率和电压是最优的电机控制方法。
仅改变频率，电机将被烧坏。
特别是当频率降低时，该问题就非常突出。
防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的要改变电压，例如：
使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率从60Hz改变到30Hz，变频器的输出电压就从200V改变到约100V。
例如：
使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率从60Hz改变到30Hz，变频器的输出电压就从200V改变到约100V。
变频器基本参数的调试
变频器功能参数
，都有数十甚至上百个参数供用户选择。
应用中，没必要对每一参数都进行设置和调试，多数只要采用出厂设定值。
但有些参数和使用有很大关系，且有的还
关联，要根据进行设定和调试。
因各类型变频器功能有差异，而功能参数的名称也不一致，为叙述方便，本文以富士变频器基本参数名称为例。
基本参数是各类型变频器几乎都有的，
可以做到触类旁通。
一加减速时间
加速时间输出频率从0上升到最大频率所需时间，减速时间是指从最大频率下降到0所需时间。
通常用频率设定信号上升、下降来确定加减速时间。
在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流，减速时则限制下降率以防止过电压。
加速时间设定要求：
将加速电流限制在变频器过电流容量以下，不使过流失速而引起变频器跳闸；减速时间设定要点是：
防止平滑电路电压过大，不使再生过压失速而使变频器跳闸。
加减速时间可根据负载计算出来，但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间，通过起、停电动机观察有无过电流、过电压报警；然后将加减速设定时间
缩短，以运转中不发生报警为原则，重复操作几次，便可确定出最佳加减速时间。
二转矩提升
又叫转矩补偿，是为补偿因电动机定子绕组电阻所引起的低速时转矩降低，而把低频率范围f/V增大的方法。
设定为自动时，可使加速时的电压自动提升以补偿起动转矩，使电动机加速顺利进行。
如采用手动补偿时，根据负载特性，尤其是负载的起动特性，通过试验可选出较佳曲线。
对于变转矩负载，如选择不当会出现低速时的输出电压过高，而浪费电能的现象，甚至还会出现电动机带负载起动时电流大，而转速上不去的现象。
三电子热过载保护
本功能为保护电动机过热而设置，它是变频器内CPU根据运转电流值和频率计算出电动机的温升，从而进行过热保护。
本功能只适用于“一拖一”场合，而在“一拖多”时，则应在各台电动机上加装热继电器。
电子热保护设定值（%）=[电动机额定电流（A）/变频器额定输出电流（A）]×100%。
四频率限制
即变频器输出频率的上、下限幅值。
频率限制是为防止误操作或外接频率设定信号源出故障，而引起输出频率的过高或过低，以防损坏设备的一种保护功能。
在应用中按设定。
此功能还可作限速使用，如有的皮带输送机，输送物料不太多，为减少机械和皮带的磨损，可采用变频器驱动，并将变频器上限频率设定为某一频率值，这样就可使皮带输送机运行在一个固定、较低的工作速度上。
五偏置频率
有的又叫偏差频率或频率偏差设定。
其用途是当频率由外部模拟信号（电压或电流）进行设定时，此功能频率设定信号最低时输出频率的高低，如图1。
有的变频器当频率设定信号为0%时，偏差值可作用在0～fmax范围内，有的变频器（如明电舍、三垦）还可对偏置极性进行设定。
如在调试中当频率设定信号为0%时，变频器输出频率不为0Hz，而为xHz，则
将偏置频率设定为负的xHz使变频器输出频率为0Hz。
六频率设定信号增益
此功能仅在用外部模拟信号设定频率时才有效。
它是用来弥补外部设定信号电压与变频器内电压（+10v）的不一致问题；方便模拟设定信号电压的选择，设定时，当模拟输入信号为最大时（如10v、5v或20mA），求出可输出f/V图形的频率百分数并以此为参数进行设定；如外部设定信号为0～5v时，若变频器输出频率为0～50Hz，则将增益信号设定为200%。
七转矩限制
可分为驱动转矩限制和制动转矩限制两种。
它是根据变频器输出电压和电流值，经CPU进行转矩计算，其可对加减速和恒速运行时的冲击负载恢复特性有显著改善。
转矩限制功能可实现自动加速和减速控制。
假设加减速时间小于负载惯量时间时，也能保证电动机
转矩设定值自动加速和减速。
驱动转矩功能提供了强大的起动转矩，在稳态运转时，转矩功能将控制电动机转差，而将电动机转矩限制在最大设定值内，当负载转矩突然增大时，甚至在加速时间设定过短时，也不会引起变频器跳闸。
在加速时间设定过短时，电动机转矩也不会超过最大设定值。
驱动转矩大对起动有利，以设置为80～100%较妥。
制动转矩设定数值越小，其制动力越大，适合急加减速的场合，如制动转矩设定数值设置过大会出现过压报警现象。
如制动转矩设定为0%，可使加到主电容器的再生总量接近于0，从而使电动机在减速时，不使用制动电阻也能减速至停转而不会跳闸。
但在有的负载上，如制动转矩设定为0%时，减速时会出现短暂空转现象，造成变频器反复起动，电流大幅度波动，严重时会使变频器跳闸，应引起注意。
八加减速模式选择
又叫加减速曲线选择。
变频器有线性、非线性和S三种曲线，通常大多选择线性曲线；非线性曲线适用于变转矩负载，如风机等；S曲线适用于恒转矩负载，其加减速变化较为缓慢。
设定时可根据负载转矩特性，选择相应曲线，但也有例外，笔者在调试一台锅炉引风机的变频器时，先将加减速曲线选择非线性曲线，一起动运转变频器就跳闸，改变许多参数无效果，后改为S曲线后就正常了。
究其原因是：
起动前引风机烟道烟气流动而自行转动，且反转而成为负向负载，这样选取了S曲线，使刚起动时的频率上升速度较慢，从而避免了变频器跳闸的发生，当然这是针对没有起动直流制动功能的变频器所采用的方法。
九转矩矢量控制
矢量控制是基于理论上认为：
异步电动机与直流电动机具有的转矩产生机理。
矢量控制方式将定子电流分解成规定的磁场电流和转矩电流，分别进行控制，将两者合成后的定子电流输出给电动机。
，从原理上可得到与直流电动机的控制性能。
采用转矩矢量控制功能，电动机在各种运行条件下都能输出最大转矩，尤其是电动机在低速运行区域。
现在的变频器几乎都采用无反馈矢量控制，变频器能根据负载电流大小和相位进行转差补偿，使电动机具有很硬的力学特性，对于多数场合已能满足要求，不需在变频器的外部设置速度反馈电路。
这一功能的设定，可根据在有效和无效中选择一项。
与之有关的功能是转差补偿控制，其作用是为补偿由负载波动而引起的速度偏差，可加上对应于负载电流的转差频率。
这一功能主要用于定位控制。
十节能控制
风机、水泵都属于减转矩负载，即随着转速的下降，负载转矩与转速的平方成比例减小，而具有节能控制功能的变频器设计有专用V/f模式，这种模式可改善电动机和变频器的效率，其可根据负载电流自动降低变频器输出电压，从而达到节能目的，可根据具体设置为有效或无效。
要说明的是，九、十这两个参数是很先进的，但有
用户在设备改造中，根本无法启用这两个参数，即启用后变频器跳闸频繁，停用后一切正常。
究其原因有：
（1）原用电动机参数与变频器要求配用的电动机参数相差太大。
（2）对设定参数功能了解不够，如节能控制功能只能用于V/f控制方式中，不能用于矢量控制方式中。
（3）启用了矢量控制方式，但没有进行电动机参数的手动设定和自动读取工作，
变频器的基本原理调试方法
发布:
|作者:
|来源:
liaozhihua|查看:
1920次|用户关注：
1:
VVVF是VariableVoltageandVariableFrequency的缩写，意为改变电压和改变频率，也人们所说的变压变频。
2:
CVCF是ConstantVoltageandConstantFrequency的缩写，意为恒电压、恒频率，也人们所说的恒压恒频。
我们使用的电源分为交流电源和直流电源，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。
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
1:
VVVF是VariableVoltageandVariableFrequency的缩写，意为改变电压和改变频率，也人们所说的变压变频。
2:
CVCF是ConstantVoltageandConstantFrequency的缩写，意为恒电压、恒频率，也人们所说的恒压恒频。
我们使用的电源分为交流电源和直流电源，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。
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，国家的电源电压和频率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。
通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。
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），过程叫整流。
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）。
逆变器是把直流电源逆变为的固定频率和电压的逆变电源。
对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。
变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。
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。
变频电源是变频器价格的15－－20倍。
变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：
变频器。
变频器也
于家电产品。
使用变频器的家电产品中，不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。
用于电机控制的变频器，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。
汽车上使
用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。
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。
2.电机的旋转速度为什么自由地改变？
n=60f/p（1-s） n:
电机的转速f:
电源频率p:
电机磁极对数s：
电机的转差率
电机的转速=60（秒）＊频率（Hz）/电机的磁极对数-电机的转差率
电机旋转速度单位：
每分钟旋转次数，rpm/min也可表示为rpm
电机的旋转速度同频率成比例同步电机的转差矩为0,同步电机的转速=60（秒）*频率（Hz）／电机的磁极对数
异步的转速比同步电机的转速低。
例如：
4极三相步电机60Hz时低于1,800[r/min>4极三相异步电机50Hz时低于1,500[r/min>
本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。
感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极对数和频率。
由电机的工作原理决定电机的磁极对数是固定不变的。
电机的磁极对数1个磁极对数等于2极，电机的极数不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），不适和改变该值来电机的速度。
，频率是电机供电电源的电信号，该值在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。
，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。
改变频率和电压是最优的电机控制方法
仅改变频率，电机将被烧坏。
特别是当频率降低时，该问题就非常突出。
防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的要改变电压。
例如：
使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率从60Hz改变到30Hz，变频器的输出电压就从400V改变到约200V。
要正确的使用变频器,认真地考虑散热的问题。
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。
，我们要重视散热问题啊！
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
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:
发热量的近似值＝变频器容量（KW）×55[W>在这里,变频器容量是以恒转矩负载为准的（过流能力150%*60s）变频器带有直流电抗器或交流电抗器,并且也在柜子里面,发热量会更大。
电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。
可以用估算:
变频器容量（KW）×60[W>各变频器厂家的硬件都差不多,上式可以针对各品牌的产品.注意：
有制动电阻的话，制动电阻的散热量很大，最好安装
最好和变频器隔离开，如装在柜子上面或旁边等。
那么,怎样采能降低控制柜内的发热量呢?
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。
根据机柜内产生热量值的，要适当地机柜的尺寸。
，要使控制机柜的尺寸尽量减小，就要使机柜中产生的热量值尽地减少。
在变频器安装时，把变频器的散热器部分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。
大容量变频器有很大的发热量，对大容量变频器更加有效。
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。
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!
关于冷却风扇
功率稍微大一点的变频器，都带有冷却风扇。
，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
1、在海拔高于1000m的地方，空气密度降低，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%。
但上设计上变频器的负载能力和散热能力比使用的要大，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。
2、开关频率：
变频器的发热主要来自于IGBT，IGBT的发热有集中在开和关的瞬间。
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，道理。
矢量控制是怎样使电机具有大的转矩的？
1:
转矩提升
此功能变频器的输出电压，以使电机的输出转矩和电压的平方成正比的关系，从而改善电机的输出转矩。
改善电机低速输出转矩不足的技术
使用"矢量控制"，可以使电机在低速,如（无速度传感器时）1Hz（对4极电机，其转速大约为30r/min）时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电输出的转矩（最大约为额定转矩的150％）。
对于常规的V/F控制，电机的电压降随着电机速度的降低而，这就导致励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。
补偿不足，变频器中通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。
变频器的功能叫做“转矩提升”。
转矩提升功能是提高变频器的输出电压。
然而即使提高
输出电压，电机转矩并不能和其电流应的提高。
电机电流包含电机产生的转矩分量和分量（如励磁分量）。
“矢量控制”把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和电流分量（如励磁分量）的数值。
"矢量控制"可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不电流的下，允许电机产出大的转矩。
此功能对改善电机低速时温升也有效。
变频器制动的
1:
制动的概念
指电能从电机侧流到变频器侧（或供电电源侧）,电机的转速高于同步转速。
负载的能量分为动能和势能.动能（由速度和重量确定其大小）随着物体的运动而累积。
当动能减为零时，该事物就处在停止。
机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。
对于变频器，输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低。
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。
在用于提升类负载,在下降时,能量（势能）也要返回到变频器（或电源）侧,进行制动。
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”。
在中，这种应用“能量回馈单元”选件。
2：
怎样提高制动能力？
用散热来消耗再生功率，在变频器侧安装制动电阻。
改善制动能力，不能期望靠变频器的容量来
问题。
请选用“制动电阻”、“制动单元”或“功率再生变换器”等选件来改善变频器的制动容量。
3.当电机的旋转速度改变时，其输出转矩会怎样？
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。
我们经常听到下面的说法：
“电机在工频电源供电时，电机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”。
用大的电压和频率起动电机，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
加到电机上的，电机产生的转矩要小于工频电网供电的转矩值。
变频器驱动的电机起动电流要小些。
通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减些减小的数据在有的变频器手册中会给出说明。
通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。
当变频器调速到大于额定频率20％时，电机的输出转矩将降低
通常的电机是
额定频率电压设计制造的，其额定转矩也是在电压范围内给出的。
在额定频率之下的调速称为恒转矩调速.（T=Te,P<=Pe）变频器输出频率大于额定频率时（如我国的电机大于50Hz），电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。
当电机以大于额定频率20％速度运行时，电机负载的大小要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。
举例，额定频率为50Hz的电机在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1/2。
在额定频率之上的调速称为恒功率调速.（P=Ue*Ie）
补充：
什么是变频器？
变频器是电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
2、PWM和PAM的不同点是什么？
PWM是英文PulseWidthModulation（脉冲宽度调制）缩写，按规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调值方式。
PAM是英文PulseAmplitudeModulation（脉冲幅度调制）缩写，是按规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。
3、电压型与电流型有什么不同？
变频器的主电路大体上可分为两类：
电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波石电感。
4、为什么变频器的电压与电流成比例的改变？
异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流
作用而产生的，在额定频率下，电压而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。
，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持，避免弱磁和磁饱和现象的产生。
这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。
5、电动机使用工频电源驱动时，电压下降则电流；对于变频器驱动，频率下降时电压也下降，那么电流是否？
频率下降（低速）时,输出的功率,则电流,但在转矩的条件下,电流几乎不变。
6、采用变频器运转时，电机的起动电流、起动转矩怎样？
采用变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下（根据机种不同，为125%~200%）。
用工频电源直接起动时，起动电流为6~7倍，，将产生机械电气上的冲击。
采用变频器传动可以平滑地起动（起动时间变长）。
起动电流为额定电流的1.2~1.5倍，起动转矩为70%~120%额定转矩；对于带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为100%，可以带全负载起动。
7、V/f模式是什么意思？
频率下降时电压V也成比例下降，问题已在回答4说明。
V与f的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的，通常在控制器的存储装置（ROM）中存有几种特性，可以用开关或标度盘进行选择
8、按比例地改V和f时，电机的转矩如何变化？
频率下降时
成比例地降低电压，那么交流阻抗变小而直流电阻不变，将造成在低速下产生地转矩有减小的倾向。
，
升级会员 