低壓變頻器的工作原理及應(yīng)用

1、低壓變頻器的工作原理及應(yīng)用一交流異步電動機變頻調(diào)速原理：變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用把電壓、頻率固定不變的交流電變成 電壓、頻率都可調(diào)的交流電源?，F(xiàn)在使用的變頻器主要采用交 一直一交方式VVVF變頻或矢量控制變頻， 先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、 電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器主要由整流交流變直流、濾波、逆變直流變交流、制動單元、驅(qū)動 單元、檢測單元微處理單元等組成的。Z 1 L1卜 12 2丄R § -接雜器 _ IT IF"d4CL=可話畔J卜isnrSCVEC益電序中容4叩P 3£4別¥+

2、 5V1廠rl5VJ-15VJ*輜fjh汙關(guān)電諒2制板交-直局部整流電路：由VD1-VD6六個整流二極管組成不可控全波整流橋。對于380V的額定電源，一般二極管反向耐壓值應(yīng)選1200V，二極管的正向電流為電機額定電流的1.414-2倍。二變頻器元件作用電容C1 :是吸收電容，整流電路輸出是脈動的直流電壓，必須加以濾波，變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，可用來把某種數(shù)值的交變電壓變換為同頻率的另一數(shù)值的交變電壓，也可以改變交流電的數(shù)值及變換阻抗或改變相位。壓敏電阻：有三個作用，一過電壓保護，二耐雷擊要求,三安規(guī)測試需要 熱敏電阻：過熱保護 霍爾:安裝在 UVW 的其中二相 , 用于檢測輸出電流值。選用

3、時額定電流約為電機額定 電流的 2 倍左右。充電電阻： 作用是防止開機上電瞬間電容對地短路， 燒壞儲能電容開機前電容二端的電壓為 0V;所以在上電開機的瞬間電容對地為短路狀態(tài)。如果不加充電電阻在整 流橋與電解電容之間，那么相當于 380V 電源直接對地短路，瞬間整流橋通過無窮 大的電流導(dǎo)致整流橋炸掉。 一般而言變頻器的功率越大， 充電電阻越小。 充電電 阻的選擇范圍一般為：10-300 Qo儲能電容：又叫電解電容，在充電電路中主要作用為儲能和濾波。PN端的電壓電壓工作范圍一般在430VDC700VDC之間，而一般的高壓電容都在 400VDC左右， 為了滿足耐壓需要就必須是二個 400VDC的電

4、容串起來作800VDC。容量選 擇?60uf/A均壓電阻： 防止由于儲能電容電壓的不均燒壞儲能電容; 因為二個電解電容不可 能做成完全一致，這樣每個電容上所承受的電壓就可能不同，承受電壓高的 發(fā)熱嚴重電容里面有等效串聯(lián)電阻或超過耐壓值而損壞 oC2 電容;吸收電容，主要作用為吸收IGBT的過流與過壓能量。 2直 -交局部VT1-VT6 逆變管 IGBT 絕緣柵雙極型功率管 ：構(gòu)成逆變電路的主要器件，也 是變頻器的核心元件。把直流電逆變頻率，幅值都可調(diào)的交流電。VT1-VT6 是續(xù)流二極：作用是把在電動機在制動過程中將再生電流返回直流電 提供通道并為逆變管VT1-VT6在交替導(dǎo)通和截止的換相過程

5、中，提供通道。3控制局部 :電源板、驅(qū)動板、控制板 CPU 板 電源板：開關(guān)電源電路向操作面板、主控板、驅(qū)動電路、檢測電路及風扇等提供 低壓電源，開關(guān)電源提供的低壓電源有：土 5V、土 15V、土 24V向CPU其附 屬電路、控制電路、顯示面板等提供電源。驅(qū)動板：主要是將 CPU 生成的 PWM 脈沖經(jīng)驅(qū)動電路產(chǎn)生符合要求的驅(qū)動信號 鼓勵I(lǐng)GBT輸出電壓。控制板 CPU 板：也叫 CPU 板相當人的大腦，處理各種信號以及控制程序等 局部三電機的旋轉(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/mi

6、n4 極電機 50Hz 1500 r/min$電機的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例 感應(yīng)式交流電機以后簡稱為電機的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機的極數(shù)和 頻率。由于該極數(shù)值不是一個連續(xù)的數(shù)值為 2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2，4，6， 所以一般不適和通過改變該值來調(diào)整電機的速度。另外，頻率能夠在電機的外面調(diào)節(jié)后再供給電機， 這樣電機的旋轉(zhuǎn)速度就可 以被自由的控制。因此，以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。n = 60f/pn: 同步速度f: 電源頻率p: 電機極對數(shù)$ 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， 導(dǎo)致電機可能被燒壞。因此變

7、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200V四 起動電流當電機開始運轉(zhuǎn)時, 變頻器的輸出電流稱為起動電流。 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

8、。 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。通過使用磁通矢量控制的變頻器, 將改善電機低速時轉(zhuǎn)矩的缺乏, 甚至在低 速區(qū)電機也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。五當變頻器調(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, P<=Pe)變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時，電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線 性關(guān)系下降。當電機以大于50Hz頻率速度運行時，電機負載的大小必須要給予考慮，以 防止電機輸出轉(zhuǎn)矩的缺乏。舉例，電機在100Hz時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到

9、 50Hz時產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1/2。 因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速 . (P=Ue*Ie)六變頻器 50Hz 以上的應(yīng)用情況對一個特定的電機來說 , 其額定電壓和額定電流是不變的。 如變頻器和電機額 定值都是：15kW/380V/30A,電機可以工作在50Hz以上；當轉(zhuǎn)速為50Hz時,變 頻器的輸出電壓為 380V, 電流為 30A. 這時如果增大輸出頻率到 60Hz, 變頻器的 最大輸出電壓電流還只能為 380V/30A. 很顯然輸出功率不變 . 所以我們稱之為 恒功率調(diào)速 .這時的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢 ?因為P=wT (w:角速度,T:轉(zhuǎn)矩).因為P不變,w增加了 ,所以轉(zhuǎn)矩會相應(yīng)減小我們還

10、可以再換一個角度來看 :電機的定子電壓 U = E + I*R I為電流,R為電子電阻,E為感應(yīng)電勢 可以看出 , U,I 不變時 , E 也不變.而E = k*f*X, K 常數(shù),f：頻率,X:磁通,所以當f由50->60Hz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

11、頻率從 50Hz 以上增加時 , 電機的輸出轉(zhuǎn)矩會減小。七其他和輸出轉(zhuǎn)矩有關(guān)的因素 1000m 以下可以不考慮 . 以上每 1000 米降容 5%就可以了 .八關(guān)于冷卻風扇一般功率稍微大一點的變頻器， 都帶有冷卻風扇。同時，也建議在控制柜 上出風口安裝冷卻風扇。進風口要加濾網(wǎng)以防止灰塵進入控制柜。 注意控制柜 和變頻器上的風扇都是要的，不能誰替代誰。其他關(guān)于散熱的問題1、在海拔高于1000m的地方，因為空氣密度降低，因此應(yīng)加大柜子的冷卻風量以改善冷卻效果。理論上變頻器也應(yīng)考慮降容，1000m每-5%。但由于實際上因為設(shè)計上變頻器的負載能力和散熱能力一般比實際使用的要大， 所以也要 看具體應(yīng)用。

12、 比方說在 1500m 的地方，但是周期性負載，如電梯，就不必要降 容。2、開關(guān)頻率：變頻器的發(fā)熱主要來自于 IGBT， IGBT 的發(fā)熱有集中在開 和關(guān)的瞬間。 因此開關(guān)頻率高時自然變頻器的發(fā)熱量就變大了。 有的廠家宣稱 降低開關(guān)頻率可以擴容， 就是這個道理。九變頻器制動的情況1: 制動的概念指電能從電機側(cè)流到變頻器側(cè)或供電電源側(cè),這時電機的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速。負載的能量分為動能和勢能 . 動能由速度和重量確定其大小 隨著物體 的運動而累積。當動能減為零時，該事物就處在停止狀態(tài)。機械抱閘裝置的方法是用制動裝置把物體動能轉(zhuǎn)換為摩擦和能消耗掉。 對于變頻器， 如果輸出頻率降低， 電機轉(zhuǎn)速將跟隨頻率

13、同樣降低。 這時會產(chǎn)生制 動過程. 由制動產(chǎn)生的功率將返回到變頻器側(cè)。這些功率可以用電阻發(fā)熱消耗。 在用于提升類負載 ,在下降時 , 能量 勢能也要返回到變頻器 或電源 側(cè),進行制 動。這種操作方法被稱作 “再生制動 ，而該方法可應(yīng)用于變頻器制動。在減速期間， 產(chǎn)生的功率如果不通過熱消耗的方法消耗掉， 而是把能量返 回送到變頻器電源側(cè)的方法叫做 “功率返回再生方法 。在實際中， 這種應(yīng)用需要 “能量回饋單元 選件。十 怎樣提高制動能力？為了用散熱來消耗再生功率，需要在變頻器側(cè)安裝制動電阻。為了改善制動能力，不能期望靠增加變頻器的容量來解決問題。請選用 “制 動電阻、“制動單元 或“功率再生變換器 等選件來改善變頻器的制動容量。十一變頻器類型選擇 變頻器可分為通用型和專用型， 一般的機械負載和要求高過載情況， 選擇通