变频器基础入门知识.docx

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变频器基础入门知识

变频器基础入门知识

1、电压源型与电流源型高压变频器的区别。

　　变频器的主电路大体上可分为两类：

电压源型和电流源型。

电压源型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波元件是电容；电流源型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波元件是电感。

　　2、为什么变频器的输出电压与频率成比例的改变？

　　异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过的电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，电机电流增大，严重时将烧毁电机。

因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器的输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免磁饱和现象的产生。

这就是VVVF的定义。

这里的电压指的是电机的线电压或者相电压的有效值。

　　3、电动机使用工频电源驱动时，电压下降则电流增加；对于变频器驱动，如果频率下降时电压也下降，那么电流是否增加？

　　频率下降（低速）时,如果输出相同的功率,则电流增加，但在转矩一定的条件下,电流几乎不变。

　　4、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，因此，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%以上，可以带全负载起动。

　　5、V/f模式是什么意思？

　　频率下降时电压V也成比例下降，这个问题已在回答4说明。

保持V/f比恒定控制是异步电机变频调速的最基本的控制方式，它在控制电机的电源频率变化的同时控制变频器输出的电压，并使二者之比V/f为恒定，从而使电机的磁通保持恒定。

在电机额定运行情况下，电机的定子电阻和漏抗的电压降比较小，电机的端电压和电机的感应电势近似相等。

　　V/f比恒定控制存在的主要问题是低速性能较差。

其原因一是低速时异步电机定子电阻电压降所占比例变大，已不能忽略，不能再认为定子电压和电机感应电势近似相等，仍按V/f比一定控制已不能保持电机磁通恒定。

电机磁通的减小必然造成电机的电磁转矩减小；另外变频器功率器件的死区时间也是影响电机低速性能的重要原因，死区时间造成电压下降同时还会引起转矩脉动，在一定条件下还会引起转速、电流的振荡。

　　V/f比恒定控制常用于通用变频器上。

这类变频器主要用于风机、水泵的调速功能，以及对调速范围要求不高的场合。

V/f比恒定控制的突出优点是可以进行电机的开环速度控制。

　　6、按比例地改V和f时，电机的转矩如何变化？

　　频率下降时完全成比例地降低电压，那么由于交流阻抗变小而电阻不变，将造成在低速下产生的转矩有减小的倾向。

因此，在低频时给定V/f,要使输出电压提高一些,以便获得一定的起动转矩,这种补偿称增强起动。

可以采用各种方法实现,有自动进行的方法、选择V/f模式或调整电位器等方法。

　　7、所谓开环是什么意思？

　　给所使用的电机装设速度传感器，将实际转速反馈给控制装置进行控制的，称为“闭环”，不用速度传感器运转的就叫作“开环”，通用变频器多为开环方式。

　　8、高压变频器自身的保护功能

　　输出过载、输出过流、电网过电压、电网欠电压、电网失电、直流母线过电压、直流母线欠电压、变压器过热、缺相、控制电源掉电、驱动故障、功率器件过热、散热风机故障、外部给定掉线、接地故障、光纤故障等等。

。

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。

[注:

再次整流（直流变交流）--->更贴切的叫法是逆变!

在这里感谢蔡工给我们编辑们提的意见!

也欢迎大家多给我们编辑组提出更多宝贵的意见和建议!

mym（2005.08.23） ]

1.电机的旋转速度为什么能够自由地改变？

　　　　*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：

2极电机50Hz3000[r/min]

　　　　4极电机50Hz1500[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，在工业中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。

　　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），所以一般不适和通过改变该值来调整电机的速度。

　　　　另外，频率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:

电机极对数

　　$改变频率和电压是最优的电机控制方法

　　　　如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。

因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。

　　输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。

　　　　例如：

为了使电机的旋转速度减半，把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz，这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V

2.当电机的旋转速度（频率）改变时，其输出转矩会怎样？

　　　　*1:

工频电源

　　　　由电网提供的动力电源（商用电源）

　　　　*2:

起动电流

　　　　当电机开始运转时，变频器的输出电流

　　　　------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------

　　　　电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些。

工频直接起动会产生一个大的起动起动电流。

而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机起动电流和冲击要小些。

　　　　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。

3.-----当变频器调速到大于50Hz频率时，电机的输出转矩将降低-----

　　　　通常的电机是按50Hz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50Hz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）

4.变频器50Hz以上的应用情况

　　　　大家知道,对一个特定的电机来说,其额定电压和额定电流是不变的.

　　如变频器和电机额定值都是:

15kW/380V/30A,电机可以工作在50Hz以上

　　　　当转速为50Hz时,变频器的输出电压为380V,电流为30A.这时如果增大输出频率到60Hz,变频器的最大输出电压电流还只能为380V/30A.很显然输出功率不变.所以我们称之为恒功率调速.

　　　　这时的转矩情况怎样呢?

　　　　因为P=wT（w:

角速度,T:

转矩）.因为P不变,w增加了,所以转矩会相应减小.　　

　　　　我们还可以再换一个角度来看:

　　　　电机的定子电压U=E+I*R（I为电流,R为电子电阻,E为感应电势）

　　　　可以看出,U,I不变时,E也不变.

　　　　而E=k*f*X,（k:

常数,f:

频率,X:

磁通）,所以当f由50-->60Hz时,X会相应减小

　　　　对于电机来说,T=K*I*X,（K:

常数,I:

电流,X:

磁通）,因此转矩T会跟着磁通X减小而减小.

　　　　同时,小于50Hz时,由于I*R很小,所以U/f=E/f不变时,磁通（X）为常数.转矩T和电流成正比.这也就是为什么通常用变频器的过流能力来描述其过载（转矩）能力.并称为恒转矩调速（额定电流不变-->最大转矩不变）

　　　　结论:

当变频器输出频率从50Hz以上增加时,电机的输出转矩会减小.

5.其他和输出转矩有关的因素

　　发热和散热能力决定变频器的输出电流能力，从而影响变频器的输出转矩能力。

　　载波频率:

一般变频器所标的额定电流都是以最高载波频率,最高环境温度下能保证持续输出的数值.降低载波频率,电机的电流不会受到影响。

但元器件的发热会减小。

　　环境温度：

就象不会因为检测到周围温度比较低时就增大变频器保护电流值.

　　　　海拔高度:

海拔高度增加,对散热和绝缘性能都有影响.一般1000m以下可以不考虑.以上每1000米降容5%就可以了.

6.矢量控制是怎样改善电机的输出转矩能力的？

　　　　*1:

转矩提升

　　　　此功能增加变频器的输出电压（主要是低频时），以补偿定子电阻上电压降引起的输出转矩损失，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）。

　　　　"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其它电流分量（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。

随着通用变频器市场的日益繁荣，不包括OEM进口变频器，中国通用变频器年用量超过25亿元人民币，变频器及其附属设备的安装、调试、日常维护及维修工作量剧增，给用户造成重大直接和间接损失。

本文就针对造成以上问题的原因，根据大量用户的实际应用情况，从应用环境、电磁干扰与抗干扰、电网质量、电机绝缘等方面进行了分析，提出了一些改进的建议。

2工作环境问题

在变频器实际应用中，由于国内客户除少数有专用机房外，大多为了降低成本，将变频器直接安装于工业现场。

工作现场一般是灰尘大、温度高，在南方还有湿度大的问题。

对于线缆行业还有金属粉尘，在陶瓷、印染等行业还有腐蚀性气体和粉尘，在煤矿等场合，还有防爆的要求等等。

因此必须根据现场情况做出相应的对策。

2.1变频器的安装设计基本要求

（1）变频器应该安装在控制柜内部。

（2）变频器最好安装在控制柜内的中部;变频器要垂直安装，正上方和正下方要避免安装可能阻挡排风、进风的大元件。

（3）变频器上、下部边缘距离控制柜顶部、底部、或者隔板、或