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变频器工作原理
作者:华盛安达河北电气设备 发表时间: 浏览人气:11

变频器主要由整流(交流到直流),滤波,再整流(直流到交流),制动单元,驱动单元,检测单元微处理单元等组成。


1。 为什么电动机的转速可以自由变化?


    * 1:转/分 


    电机转速单位:每分钟转数,也可以表示为rpm。


    例如:2极电机 50Hz 3000 [r/min]


    4极电机 50Hz 1500 [r/min]    


   结论:电动机的转速与频率成正比

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  本文中提到的电动机是感应交流电动机,并且工业上使用的大多数电动机都是这种类型的。感应交流电动机(以下称为电动机)的转速大致由电动机的极数和频率决定。电机极数由电机的工作原理决定。由于磁极值不是连续的值(例如2的倍数,例如磁极数是2、4、6),因此通常不舒服,并且可以通过更改该值来调整电动机速度。


    另外,可以在电动机外部调节频率,然后将其提供给电动机,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:电机极对数  


   结论:更改频率和电压是最佳的电动机控制方法


  如果仅更改频率而不更改电压,则降低频率时,电动机将没有过电压(过励磁),这可能导致电动机烧坏。因此,变频器在改变频率时必须同时改变电压。当输出频率高于额定频率时,电压不能继续升高,最高只能等于电动机的额定电压。


  例如:为了使电动机的转速减半,请将逆变器的输出频率从50Hz更改为25Hz,然后将逆变器的输出电压从400V更改为大约200V   


2。 当电动机的转速(频率)变化时,其输出转矩将是多少?


    * 1:工频电源


    电网提供的电源(商业电源)


    * 2:起动电流


    电动机开始运转时,变频器的输出电流


    驱动变频器时的启动转矩和最大转矩应小于由工频电源直接驱动的转矩


    当电动机由工业频率电源供电时,启动和加速的影响较大,而使用变频器供电时,这些影响较弱。工频直接启动会产生很大的启动电流。使用逆变器时,逆变器的输出电压和频率会逐渐加到电动机上,因此电动机的启动电流和冲击较小。


    通常,电动机产生的转矩随着频率的降低(速度降低)而降低。减少的实际数据将在某些逆变器手册中进行说明。


    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。   


3。 将变频器调整到大于50Hz的频率时,电动机的输出转矩将降低


    普通电动机是根据50Hz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) 

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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-->在60Hz时,X会相应减小 


    对于电动机,T = K * I * X,(K:恒定,I:电流,X:磁通量),因此转矩T将随着磁通量X的减小而减小。


    同时,当其小于50Hz时,由于I * R非常小,所以当U / f = E / f恒定时,磁通量(X)恒定。 转矩T与电流成正比。 这就是为什么逆变器的过电流能力通常用来描述其过载(转矩)能力的原因。 也称为恒转矩调速(额定电流不变->最大转矩不变)


    结论:当变频器的输出频率从50Hz以上增加时,电动机的输出转矩将减小。


5, 与输出扭矩有关的其他因素


  发热和散热能力决定了逆变器的输出电流容量,从而影响了逆变器的输出转矩容量。


  载波频率:通常,变频器标出的额定电流为最高载波频率,并且该值可确保在最高环境温度下连续输出。 降低载波频率,电动机电流将不会受到影响。但是,将减少组件的发热。


  环境温度:当检测到周围温度相对较低时,似乎逆变器保护电流值不会增加。


  海拔高度:增加海拔高度会增加对散热和隔热性能的影响。通常小于1000m可以忽略。 每超过1000米,降额5%就足够了。  


6。 矢量控制如何改善电动机的输出转矩能力?


    * 1:扭矩提升


    此功能可提高逆变器的输出电压(主要是在低频时),以补偿由定子电阻上的电压降引起的输出转矩损失,从而提高电动机的输出转矩。  


    $改进了低速时电机输出转矩不足的技术


    使用“矢量控制”,低速时的电动机输出转矩,例如(无速度传感器)1Hz(对于四极电动机,其速度约为30r / min)可以达到50Hz的电动机输出转矩 (最大约为额定扭矩的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)。

        


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    “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。


1。 什么是变频器?


变频器是一种电能控制设备,利用功率半导体器件的开关效应将工频电源转换为另一个频率。


2。 PWM和PAM有什么区别?


PWM是英文脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)的缩写,它根据一定的规则更改脉冲序列的脉冲宽度,以调整输出量和波形。


  PAM是英文脉冲幅度调制(Pulse Amplitude Modulation)的缩写。 这是一种调制方法,可根据特定规则更改脉冲序列的脉冲幅度以调整输出值和波形。


3。 电压类型和电流类型有什么区别?


逆变器的主电路大致可分为两类:电压类型是将电压源的DC转换成AC的逆变器,DC环路的滤波器是电容器。 电流类型是将电流源的直流电转换为交流电的逆变器,其直流环路滤波器的电感是电感。


4。 为什么逆变器的电压与电流成比例变化?


异步电动机的转矩是由电动机的磁通量和转子中流动的电流之间的相互作用产生的。 在额定频率下,如果电压恒定并且仅降低频率,则磁通量太大并且磁路饱和。电机将被烧毁。因此,频率和电压应成比例地改变,即在改变频率的同时控制逆变器的输出电压,以使电动机的磁通量保持恒定,并出现弱磁和强磁现象。 可以避免饱和。此控制方法主要用于风扇和泵的节能变频器中。


5, 当电动机由工频电源驱动时,电压下降时电流增加; 对于变频器,如果频率降低时电压也降低,电流会增加吗?


当频率降低(低速)时,如果输出相同的功率,则电流增加,但是在一定转矩的条件下,电流几乎不变。


6。 使用变频器运行时,电动机的起动电流和起动转矩是多少?


变频器用于运行。 随着电动机的加速,频率和电压相应增加。 起动电流被限制为小于额定电流的150%(取决于型号,为125%?200%)。直接用工频电源启动时,启动电流是6?7倍,因此会发生机械和电击。变频器驱动可以平稳启动(启动时间变长)。起动电流为1。2?1。5次,启动扭矩为额定扭矩的70%?120%; 对于具有自动转矩增强功能的变频器,其起动转矩大于100%,并且可以在满负荷情况下起动。


7。 V / f模式是什么意思?


当频率降低时,电压V也成比例地降低。 该问题已在答案4中进行了解释。V和f之间的比例关系是预先考虑电动机的特性确定的。 通常,在控制器的存储设备(ROM)中存储了几种特性,可以使用开关或拨盘进行选择


8。 当按比例改变V和f时,电动机的转矩如何变化?


当频率降低时,电压按比例降低,因此交流阻抗变小,直流电阻不变,这将导致低速产生的转矩趋于降低。因此,给定低频下的V / f,应增加输出电压以获得一定的启动转矩。 这种补偿称为增强启动。它可以通过多种方法来实现,包括自动方法,V / f模式选择或电位计调节。


9。 在本手册中,速度范围为60?6Hz,即10:1。 6Hz以下没有输出功率吗?


它仍然可以在6Hz以下输出功率,但是根据温度的升高和电动机的启动转矩,最小使用频率约为6Hz。 此时,电动机可以输出额定转矩而不会引起严重的发热问题。根据型号,变频器的实际输出频率(启动频率)为0。5?3赫兹


10。 对于超过60Hz的通用电动机的组合,转矩也必须恒定。 可能吗?


通常这是不可能的。高于60 Hz(也有高于50 Hz的模式),电压不变,通常为恒定功率特性。 高速时需要相同的转矩时,必须注意选择电动机和变频器的容量。


11。 开环是什么意思?


为所使用的电机设备设置了速度检测器(PG),并将实际速度反馈到控制设备进行控制,这称为“闭环”,而与PG无关的控制器称为“开环””。大多数通用逆变器都是开环的,某些型号可以使用选件来执行PG反馈。


12 如果实际速度偏离给定速度怎么办?


在开环中,即使变频器输出给定频率,当电动机带负载运行时,电动机速度也会在额定滑差范围(1%至5%)内变化。对于要求高速调节精度并且即使负载波动也要求以接近给定速度运行的应用,可以使用带PG反馈的变频器(可选)。


13 如果使用带PG的电机,反馈后是否可以提高速度精度?


具有PG反馈功能的变频器提高了精度。但是速度精度的提高取决于PG本身的精度以及逆变器输出频率的分辨率。


14。 失速预防功能是什么意思?


如果给定的加速时间太短,则变频器的输出频率变化远大于速度(电气角频率),变频器将因过电流而跳闸,并停止运行。 这称为档位。为了防止失速导致电动机继续运行,必须检测电流的大小并执行频率控制。当加速电流太大时,加速速度会适当降低。减速时也是如此。两者的结合是失速功能。


15 可以分别给出加速时间和减速时间的模型以及一起给出加速和减速时间的模型的含义是什么?


加速度和减速度模型可以分别给出。 它适用于短时间加速和缓慢减速的场合,或严格为小型机床提供生产周期时间的场合。加速时间和减速时间可以一起给出。


16。 什么是再生制动?


如果在电动机运行期间降低命令频率,则电动机将变为异步发电机并作为制动器运行。 这称为再生(电气)制动。


17。 我可以获得更多的制动力吗?


电动机产生的能量存储在变频器的滤波电容器中。 由于电容器的容量和耐电压之间的关系,普通逆变器的再生制动力约为额定转矩的10%至20%。如果采用选装的制动单元,则可以达到50%?100%。


18岁 请说明变频器的保护功能?


保护功能可以分为以下两类:


 (1)在检测到异常情况后自动采取纠正措施,例如防止过电流失速和防止再生过电压失速。


 (2)检测到异常后,功率半导体器件的PWM控制信号被阻断,并且电动机自动停止。如过流切断,再生过压切断,半导体冷却风扇过热和瞬时停电保护。


19 当离合器用于连续负载时,为什么变频器的保护功能会起作用?


当负载通过离合器连接时,在连接时,电机会从空载状态迅速变为滑移率大的区域。 大电流流动会导致逆变器过电流跳闸,并且无法运行。


20 大型电动机在同一工厂中一起移动,并且变频器在运行期间停止。 为什么?


电动机启动时,将流过与容量对应的启动电流。 电机定子侧的变压器会产生电压降。 当电动机容量很大时,电压降也会产生很大的影响。 连接到同一变压器的逆变器将产生欠压或瞬时停止。判断,因此有时保护功能(IPE)运行,导致该操作停止。

        


       


21 什么是变频分辨率?没有任何意义?


对于数字控制的逆变器,即使频率指令是模拟信号,输出频率也会逐步给出。该电平差的最小单位称为频率转换分辨率。


频率转换分辨率通常为0。015?0。5赫兹例如,分辨率为0。5Hz,然后23Hz可以更改为23。5,240 Hz,因此也将逐步跟踪电动机的动作。这给诸如连续绕组控制之类的应用带来了问题。在这种情况下,分辨率为0。对于步进差为1 r / min或更小的4级电机,大约015 Hz,可以完全适应。此外,某些模型的给定分辨率和输出分辨率不同。


22 安装变频器时,安装方向是否有限制?


逆变器内部和背面的结构考虑了冷却效果,顶部和底部之间的关系对于通风也很重要。 因此,对于面板中和墙壁上的单元类型,请采用垂直位置并尽可能垂直安装。


23。 是否可以在不使用软启动的情况下将电机直接放入固定变频器中?


频率可能很低,但是如果给定频率很高,则类似于直接启动工频电源的情况。将流过大的启动电流(额定电流的6至7倍),并且由于逆变器会切断过电流,电动机无法启动。


24 电动机超过60Hz时应注意哪些问题?


在60Hz以上工作时请注意以下事项


(1)机器和设备必须能够以该速度运行(机械强度,噪声,振动等)。)。


(2)当电动机进入恒定功率输出范围时,其输出转矩必须能够保持其工作状态(风扇,泵和其他轴的输出功率与速度的立方成正比,因此,在 略有增加)。


 (3)应充分考虑轴承寿命问题。


(4)对于中等容量及以上的电动机,特别是2极电动机,在60 Hz以上的频率下运行时,请与制造商仔细讨论。


25岁 变频器可以驱动齿轮电动机吗?


根据减速器的结构和润滑方法,需要注意几个问题。在齿轮的结构中,通常以70?80Hz为最大极限。 使用油润滑时,低速连续运行与齿轮损坏有关。


26 变频器可用于驱动单相电机吗?我可以使用单相电源吗?


该机器基本上无法使用。对于调速器开关起动器的单相电动机,当转速范围低于工作点时,它将被烧毁


辅助绕组 对于电容器启动或电容器工作模式,将引起电容器爆炸。逆变器的电源通常为三相,但对于小容量,它也可用于单相电源操作。


27。 逆变器本身消耗多少功率?


它与变频器的型号,运行状态,使用频率等有关。,但很难回答。但是,低于60Hz的变频器的效率约为94%至96%,可以据此估算损耗,但是如果还考虑了制动期间的损耗,则内置再生制动(FR-K)变频器。 考虑到功耗会变大,必须注意操作面板的设计。


28岁 为什么不能在6?60Hz的整个区域连续使用?


通常,电动机由安装在轴上的外部风扇或转子端环上的叶片冷却。 如果降低速度,则会降低冷却效果,因此无法承受与高速运行相同的热量,并且必须降低低速时的负载转矩,或者使用大容量变频器与电动机结合使用,或者 使用专用电机。


29。 使用带制动器的电动机时应注意什么?


制动励磁电路的电源应从变频器的输入侧获取。如果变频器在输出功率时制动器起作用,将导致过电流切断。因此,在变频器停止输出后必须激活制动器。


30岁 我想使用变频器来驱动带有电容器的电动机,以提高功率因数,但电动机却不动。


逆变器的电流流入电容器,以提高功率因数。 由于逆变器由于充电电流而产生的过电流(OCT),因此无法启动。 作为对策,请卸下电容器并运行,甚至提高功率因数。 在变频器的输入侧连接交流电抗器有效。


31。 变频器的寿命是多长?


尽管逆变器是静态设备,但它也具有易耗设备,例如滤波电容器和冷却风扇。 如果对其进行定期维护,则它们的使用寿命有望超过10年。


32。 逆变器内置有冷却风扇,风向是什么?如果风扇坏了怎么办?



有些机型没有冷却风扇,因此容量较小。对于带风扇的机型,风向是从下到上,因此,请勿在安装逆变器的地方放置会阻碍吸气和排气的机械设备。另外,请勿将怕热的零件放在变频器上方。当风扇发生故障时,通过风扇停止检测或冷却风扇上的过热检测来保护风扇


33。 滤波电容器是消耗品,那么如何判断其寿命呢?


作为用作滤波电容器的电容器,其静电容量随时间逐渐减小,并定期测量静电容量,并基于达到产品额定容量的85%来判断寿命。


34。 安装变频器时,安装方向是否有限制?


它应该基本上存储在磁盘中。 问题在于具有完全封闭的结构的盘具有大尺寸,大空间以及相对较高的成本。这些措施是:


      (1)磁盘的设计应基于实际设备所需的散热量;


      (2)使用铝翅片,翅片冷却剂等。 增加冷却面积;


      (3)使用热管。


 另外,已经开发了可以暴露逆变器的背面的类型。


35岁 如果要提高原始传送带的速度并以80Hz运行时,如何选择变频器的容量?


将参考速度设置为50 Hz,并将恒定功率输出特性设置为50 Hz以上。当恒定转矩特性的负载(例如传送带)增加时,容量需要增加到80 /50≈1。6次电机容量也像变频器一样增加

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