变频器基础Word格式.docx

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所以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）而减小。

减小的实际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60Hz频率时，电机的输出转矩将降低-----

　　通常的电机是按50Hz（60Hz）电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。

因此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50Hz频率时，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60Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。

　　举例，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。

　　因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速.（P=Ue*Ie）

矢量控制是怎样使电机具有大的转矩的？

转矩提升

　　此功能增加变频器的输出电压，以使电机的输出转矩和电压的平方成正比的关系增加，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相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。

为了补偿这个不足，变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。

变频器的这个功能叫做"

转矩提升"

（*1）。

　　转矩提升功能是提高变频器的输出电压。

然而即使提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。

因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量（如励磁分量）。

　　"

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其它电流分量（如励磁分量）的数值。

可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，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。

　　下讲主题:

当电机减速时，制动的情况怎样?

　　变频器制动的情况

　　$*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）,这时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，该事物就处在停止状态。

　　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，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低。

这时会产生制动过程.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，产生的功率如果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"

在实际中，这种应用需要"

能量回馈单元"

选件。

　　$怎样提高制动能力？

　　为了用散热来消耗再生功率，需要在变频器侧安装制动电阻。

　　为了改善制动能力，不能期望靠增加变频器的容量来解决问题。

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。

电源的频率和电源

6.1.2GTO－PWM式电流源型变频器

　　GTO-PWM式电流源型变频器采用GTO作为逆变部分功率器件，见图6-5。

GTO可以通过门极进行关断，所以它不象晶闸管那样需要用于强迫关断的换流电路，可使主电路结构简化。

对于额定电压为交流6KV的变频器，逆变器侧可采用每三个6000V的GTO串联，作为一个开关使用，一共由18个GTO组成，GTO串联时，同样存在稳态和动态均压问题。

　　图6-5GTO-PWM式电流源型变频器

　　GTO是在晶闸管基础上发展起来的全控型电力电子器件，目前的电压电流等级可达6000V，6000A。

GTO开关速度较低，损耗大，需要庞大的缓冲电路和门极驱动电路，增加系统的复杂性和成本，使其应用受到限制。

GTO中数千只独立的开关单元做在一个硅片上，由于开关不均匀，需要缓冲电路来维持工作，以限制器件承受的dv/dt，缓冲电路一般采用RCD型结构，二极管和电容必须有与GTO相同的耐压等级，二极管要求用快恢复二极管。

缓冲电路的损耗产生热量，影响器件的可靠运行，并且影响变频器的效率。

为了降低损耗，也有采取能量回馈型缓冲电路的方案，通过DC/DC变换电路把缓冲电容中储存的能量返回到中间直流环节，但增加了装置的复杂性。

GTO的开关频率较低，一般在几百赫兹，比如300HZ。

　　以6000V，3000A（最大可关断阳极电流值）的GTO为例，通态平均电流为1030A，通态压降3.5V，门极开通触发电流1A，通态阳极电流上升率400A/us（f=200HZ条件下），滞后时间2.5us，上升时间5us，存储时间25us，下降时间3us，最小通态维持时间100us，最小断态维持时间100us，开通每脉冲能耗2.5Ws，关断每脉冲能耗16Ws。

GTO的门极驱动，除了需要晶闸管一样的导通触发脉冲外，还需要提供相当大的的反向关断电流，上述GTO的门极峰值关断电流就达900A，所以GTO的门极驱动峰值功率非常大。

　　与输出滤波器换相式电流源型变频器相比，GTO-PWM式电流源型变频器

　　输出滤波电容的容量可以大大降低，但不能省去。

因为电机可近看作漏电感再加一个旋转反电势组成。

电流源型变频器的输出电流幅值是由整流电路的电流环决定的。

在换流过程中，由于流过电机电感的电流不能突变，所以必须有电容缓冲变频器输出电流和电机绕组电流的差值。

电容容量的选择取决于换流过程中允许产生尖峰电压的大小。

由于输出电容的容量比起输出滤波器换相式电流源型变频器大大下降了,电容的滤波效果也跟着下降，输出电流波形的质量也会下降。

电机电流质量的提高可以通过GTO采用谐波消除的电流PWM开关模式来实现。

在低频时，输出电流每个周期内相应的PWM波形个数较多，谐波消除会比较有效。

但是，由于受到GTO开关频率的限制，高速时谐波消除效果大大下降，图6-6为该变频

　　器满载时输出电压电流波形。

若整流电路也采用GTO作电流PWM控制，可以得到较低的输入谐波电流和较高的输入功率因数，当然系统的复杂性和成本也会相应增加，一般很少采用。

　　图6-6GTO-PWM电流源型变频器输出波形

电动机的轴电压、轴电流

　　电动机的轴电压、轴电流是由于环绕电动机轴的磁路不对称、转子运转不同心、感生脉动磁通等原因所产生的，它会使轴—轴承—机座的回路有轴电流流通，在电动机转子轴两端、轴与轴承之间、轴与轴承对地形成称为轴电压。

根据轴承的种类不同，其耐电压程度有所不同，若超过轴承所允许的值，会通过油膜放电或者导电，会在轴瓦和轴承处产生点状微孔，并在底部产生发黑现象。

严重时会使轴和轴承受到损坏，运行中伴随着强烈的噪声及设备外壳带电等。

一般用电网电源供电时也会产生轴电压，但用通用变频器驱动电动机时，由于输出波形含有高次谐波成分而使其影响增大，并且随着运行频率的变化而成比例增加。

其原理是，异步电动机的定子绕组是嵌入定子铁心槽内的，定子绕组的匝间以及定子绕组和电动机机座之间均存在分布电容，当通用变频器在高载频下运行时，逆变器的共模电压产生急剧变化，会通过电动机绕组的分布电容由电动机的外壳到接地端之间形成漏电流。

该漏电流有可能形成放射性和传导性两类电磁干扰。

而由于电动机磁路的不平衡，静电感应和共模电压又是产生轴电压和轴电流的起因。

当定子绕组输入端突加陡峭变化的电压时，由于分布电容的影响，使绕组各点电压分布不均，使输入端绕组接近端口部分电压高度集中而引起绝缘破坏或老化

　　。

这种现象一般破坏的部分常是定子绕组，电压常集中于侵入的端点部位。

此外，由于绕组的电抗较大，输入电压的高频分量将集中于输入端点附近的分布电容上，通过配电线、绕组、机壳间的分布电容到接地线流通电流，形成一个LC串联谐振电路，当其中产生高频谐振电流时，就会产生各式各样的故障。

一般地，通用变频器驱动容量较小的异步电动机时，轴电压的问题可以不考虑，但使用超过200kW的电动机时，特别是对已有的风机、压缩机等进行变频调速改造的场合，最好事先确认轴电压的大小，以便及早采取预防措施。

　　防止轴电流的简单做法是在机座中除一个轴承座外，其余轴承座及包括所有装在其上的仪表外壳等金属部件都对地绝缘，不绝缘的轴承应装接地电刷以防静电充电。

　　轴电压的测量方法是将被测电动机在额定电压下作空载运行，用高内阻电压表测定轴两端的轴电压，然后将轴的一端与轴承座短接，侧另一轴承座对地的轴电压。

测定时引线应接触良好。

　　2.电机的旋转速度为什么能够自由地改变？

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）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率（如下图所示）。

　　由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。

由于该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），所以不适和改变该值来调整电机的速度。

　　另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够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。

　　因此，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

　　如果仅改变频率，电机将被烧坏。

特别是当频率降低时，该问题就非常突出。

为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压

为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。

　　*****************

　　为了使初学者对变频器有一个较全面的了解,我计划尽量系统地讲一讲变频器的基础知识.也想尽量用简单易懂的方式表达出.其内容主要译自日本三菱电机的资料.

　　不知道这样的内容是否过于简单.请大家对前2个主题给出意见.

　　如果有不对或不足之处,欢迎大家给出宝贵意见

通用变频器矢量控制