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变频器工作原理(基础知识)
作者:华盛安达河北电气设备 发表时间: 浏览人气:273

1。 基本概念 


(1)VVVF changing改变电压和改变频率的缩写(Variable Voltage and Variable Frequency)。



(2)CVCF Constant恒定电压和恒定频率的缩写。 



  在各个国家/地区中使用的交流电源,无论是在家中还是工厂中使用,其电压和频率均为200V / 60Hz(50Hz)或100V / 60Hz(50Hz)。通常,将具有恒定电压和频率的交流电转换为具有可变电压或频率的交流电的设备称为“逆变器”。为了产生可变的电压和频率,设备必须首先将三相或单相交流电转换为直流电(DC)。然后,直流电(DC)转换为三相或单相交流电(AC)。 我们将实现这种转换的设备称为“逆变器”。



  逆变器也可用于家用电器。使用逆变器的家用电器不仅包括电动机(例如空调),还包括荧光灯。用于电动机控制的变频器可以同时改变电压和频率。但是,用于荧光灯的变频器主要用于调节电源频率。汽车中用于从电池产生交流电(直流电)的设备也以“逆变器”的名称出售。逆变器的工作原理广泛应用于各个领域。例如,计算机电源的电源。 在该应用中,逆变器用于抑制反向电压,频率波动和瞬时停电。


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2。 为什么电动机的转速可以自由变化? 



(1)r / min电动机转速单位:每分钟的转数,也可以表示为rpm。例如:4极电机 60Hz 1,800 [r/min],4极电机 50Hz 1,500 [r/min],电机的旋转速度同频率成比例。



  本文中提到的电动机是感应交流电动机,并且在工业领域中使用的大多数电动机都是这种类型的。感应交流电动机(以下简称为电动机)的转速大致取决于极数和电动机的频率。电机的极数是固定的。由于磁极值不是连续值(例如2的倍数,例如,磁极数是2、4、6),因此不适合更改磁极对的数量来调节电动机的速度。另外,频率是电动机电源的电信号,因此可以在电动机外部调节该值,然后将该值提供给电动机,从而可以自由地控制电动机的转速。因此,用于控制频率的变频器是首选的设备,作为电动机速度控制设备。



  n = 60f / p,n:同步速度,f:工频,p:电动机极数,改变频率和电压是最好的电动机控制方法。如果仅改变频率,电机将被烧坏。特别是当频率降低时,这个问题非常突出。为了防止电动机烧毁事故,变频器还必须在改变频率的同时改变电压,例如:为了使电动机的转速减半,变频器的输出频率必须从60Hz更改为30Hz,然后 逆变器的输出电压必须从200V变为约100V。例如:为了使电动机的转速减半,必须将变频器的输出频率从60Hz更改为30Hz,然后将变频器的输出电压从200V更改为约100V。



3。 有关散热的问题



   如果要正确使用逆变器,则必须认真考虑散热问题。逆变器的故障率随着温度的升高呈指数增长。使用寿命随着温度的升高呈指数下降。当环境温度升高10度时,逆变器的使用寿命将减半。因此,必须注意散热问题!变频器工作时,流经变频器的电流很大,变频器产生的热量也很大,其产生的热量影响不容忽视。



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, 如果变频器容量是以恒转矩负载为标准(过电流容量150%* 60s)如果逆变器配有直流电抗器或交流电抗器,并且在机柜中,则发热量会更大。 最好将电抗器安装在逆变器的侧面或上方。这时可以用估算: 变频器容量(KW)×60 [W]因为各变频器厂家的硬件都差不多, 所以上式可以针对各品牌的产品. 注意:如果有制动电阻,则由于制动电阻的散热较大,最好将安装位置与变频器隔离开,例如在机柜上或机柜附近。那么,如何降低控制柜中的发热量? 将变频器安装在控制柜中时,应考虑变频器的发热量问题。根据机柜中产生的热量的增加,机柜的尺寸应适当增加。因此,为了使控制柜的尺寸最小化,有必要尽可能减少控制柜中产生的热量。如果在安装逆变器时将逆变器的散热器部分放置在控制柜外部,则逆变器产生的70%的热量将散发到控制柜外部。由于大容量逆变器具有大的发热量,因此对于大容量逆变器更有效。也可以使用隔板将主体与散热器分开,以使散热器的散热不会影响逆变器主体。这个效果也很好。变频器的散热设计基于垂直安装,水平放置时散热会更糟! 通常,功率冷却风扇功率稍高的逆变器具有冷却风扇。同时,建议在控制柜出风口安装冷却风扇。应在进气口添加过滤器,以防止灰尘进入控制柜。 请注意,控制柜和变频器上的风扇是必需的,没有人可以更换它们。



  另外,散热问题应注意以下两个问题:


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  (1)在1000m以上的海拔高度,由于空气密度降低,应增加机柜的冷却风量,以提高冷却效果。从理论上讲,变频器还应考虑每1000m的-5%进行降额。但实际上,由于设计的逆变器的负载能力和散热能力通常大于实际使用量,因此它也取决于特定的应用。 假设它在1500m处,但是对于周期性负载(例如电梯),则无需降低额定值。 



  (2)开关频率:逆变器的热量主要来自IGBT,IGBT的热量集中在开关时。 因此,当开关频率高时,自然逆变器产生的热量变大。一些制造商声称降低开关频率可以扩展容量。 这就是原因。



4。 矢量控制如何使电动机具有大转矩? 



(1)转矩提升:此功能可增加变频器的输出电压,从而增加电动机的输出转矩与电压平方之间的关系,从而改善电动机的输出转矩。使用“矢量控制”来改善低速电动机输出扭矩不足的技术,可以使低速电动机输出扭矩,例如(无速度传感器)为1Hz(对于四极电动机,其速度为 大约30r / min)以50Hz达到电动机电源输出的转矩(最大约为额定转矩的150%)。对于常规的V / F控制,电动机的电压降随着电动机的速度降低而相对增加,这导致电动机励磁不足和旋转力不足。为了弥补这一不足,逆变器需要增加电压以补偿由于电动机速度降低而引起的电压降。逆变器的功能称为“转矩提升”(* 1)。转矩提升功能是为了增加逆变器的输出电压。但是,即使增加许多输出电压,也不能相应于电流增大电动机转矩。 因为电动机电流包含电动机产生的转矩分量和其他分量(例如励磁分量)。“矢量控制”分配电动机的电流值,以确定电动机电流分量和其他产生转矩的电流分量(例如励磁分量)的值。通过响应电动机端的电压降,可以优化和补偿“矢量控制”,从而使电动机能够产生较大的转矩而不会增加电流。此功能对于改善低速时电机的温升也有效。 

        


       



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5, 与变频器制动有关的问题



(1)制动的概念:是指电能从电动机侧流向变频器侧(或电源侧),然后电动机速度高于同步速度。负载的能量分为动能和势能。 动能(由速度和重量决定)随着物体的移动而累积。当动能减小到零时,物体停止运动。机械制动装置的方法是使用制动装置将物体的动能转化为摩擦和能量消耗。对于变频器,如果降低输出频率,则电动机速度也将跟随该频率降低。此时,将发生制动过程。 制动产生的动力将返回到变频器侧。该功率可通过电阻器加热来耗散。当用于提升负载时,能量(势能)也应在下降时返回到变频器(或电源)侧进行制动。该操作方法称为“再生制动”,并且该方法可以应用于逆变器制动。在减速时,如果发电功率没有被热量消耗消耗,则将能量返回到逆变器的电源侧的方法称为“功率返回再生方法”。实际上,此应用程序需要“能量反馈单元”选项。



(2)如何提高制动能力? 



为了通过散热消耗再生功率,需要在变频器侧安装制动电阻。为了提高制动能力,不能期望增加逆变器的能力来解决该问题。请选择“制动电阻器”,“制动单元”或“功率再生转换器”等选项,以提高变频器的制动能力



6。 电动机的转速变化时,电动机的输出转矩会怎样? 



 



(1):电网provided提供的工频电源(商用电源)



 



(2):起动电流电动机开始运转时,驱动变频器时的变频器输出电流,起动转矩和最大转矩应小于直流电源的转矩。 



 



  我们经常听到以下说法:“当电动机由工频电源(* 1)供电时,电动机的启动和加速影响很大,而当使用逆变器供电时,这些影响则较小。例如,如果电动机以较大的电压和频率启动,则直接由工频电网供电,则会产生较大的启动冲击(较大的启动电流(* 2))。使用变频器时,变频器的输出电压和频率会逐渐加到电动机上,因此电动机产生的转矩小于工频电网电源的转矩值。因此,由逆变器驱动的电动机的起动电流较小。通常,随着频率降低(速度降低),应减小电动机产生的转矩。 减少的实际数据将在某些逆变器的手册中进行说明。通过使用磁通矢量控制的变频器,可以改善低速时电机的转矩不足,即使在低速区域也可以输出足够的转矩。将变频器调整为大于60 Hz的频率时,电动机的输出转矩将减小。普通电动机是根据50Hz(60Hz)电压设计和制造的,其额定转矩也在该电压范围内给出。因此,低于额定频率的速度调节称为恒转矩速度调节。 (T = Te,P <= Pe)变频器的输出频率大于50Hz时,电动机产生的转矩应与频率成反比的线性关系减小。当电动机以高于60 Hz的频率运行时,必须考虑电动机负载的大小,以防止电动机输出扭矩不足。例如,电动机以100 Hz产生的转矩减小到大约50 Hz产生的转矩的1/2。因此,将高于额定频率的速度调节称为恒定功率速度调节(P = Ue * Ie)。


        


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