变频器基础原理知识.docx
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1、变频器基础原理知识 第一篇:变频器基础原理学问 变频器基础原理学问 本帖被 mym 执行置顶操作(2008-08-21) 1.变频器基础 1: VVVF 是 Variable Voltage and Variable Frequency 的缩写,意为变更电压和变更频率,也就是人们所说的变压变频。 2: CVCF 是 Constant Voltage and Constant Frequency 的缩写,意为恒电压、恒频率,也就是人们所说的恒压恒频。 我们运用的电源分为沟通电源和直流电源,一般的直流电源大多是由沟通电源通过变压器变压,整流滤波后得到的。沟通电源在人们运用电源中占总运用电源的95左
2、右。 无论是用于家庭还是用于工厂,单相沟通电源和三相沟通电源,其电压和频率均按各国的规定有确定的标准,如我国大陆规定,干脆用户单相沟通电为220V,三相沟通电线电压为380V,频率为50Hz,其它国家的电源电压和频率可能于我国的电压和频率不同,如有单相100V/60Hz,三相200V/60Hz等等,标准的电压和频率的沟通供电电源叫工频沟通电。 通常,把电压和频率固定不变的工频沟通电变换为电压或频率可变的沟通电的装置称作“变频器。 为了产生可变的电压和频率,该设备首先要把电源的沟通电变换为直流电DC,这个过程叫整流。 把直流电DC变换为沟通电AC的装置,其科学术语为“inverter(逆变器)。
3、 一般逆变器是把直流电源逆变为确定的固定频率和确定电压的逆变电源。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。 变频器输出的波形是模拟正弦波,主要是用在三相异步电动机调速用,又叫变频调速器。 对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器,要对波形进行整理,可以输出标准的正弦波,叫变频电源。一般变频电源是变频器价格的1520倍。 由于变频器设备中产生转变的电压或频率的主要装置叫“inverter,故该产品本身就被命名为“inverter,即:变频器。 变频器也可用于家电产品。运用变频器的家电产品中,不仅有电机例如空调等,还有荧光灯等产品。 用于电机限制的变频器,既可以变
4、更电压,又可以变更频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调整电源供电的频率。 汽车上运用的由电池直流电产生沟通电的设备也以“inverter的名称进行出售。 变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电,在该项应用中,变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。 2. 电机的旋转速度为什么能够自由地变更? n = 60f/p(1-s) n: 电机的转速 f: 电源频率 p: 电机磁极对数 s:电机的转差率 电机的转速 = 60(秒)频率Hz)/电机的磁极对数 - 电机的转差率 电机旋转速度单位:每分钟旋转次数,rpm/min也可表示为rpm 电机的旋转速度同频率成比例 同步电
5、机的转差矩为0,同步电机的转速 = 60(秒)*频率(Hz)电机的磁极对数 异步的转速比同步电机的转速低。 例如:4极三相步电机 60Hz时 低于 1,800 4极三相异步电机 50Hz时低于 1,500 本文中所指的电机为感应式沟通电机,在工业领域所运用的大部分电机均为此类型电机。 感应式沟通电机以后简称为电机的旋转速度近似地确决于电机的极对数和频率。 由电机的工作原理确定电机的磁极对数是固定不变的。由于电机的磁极对数1个磁极对数等于2极,电机的极数不是一个连续的数值为2的倍数,例如极数为2,4,6,所以不适和变更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
6、外面调整后再供应电机,这样电机的旋转速度就可以被自由的限制。 因此,以限制频率为目的的变频器,是做为电机调速设备的优选设备。 变更频率和电压是最优的电机限制方法 假如仅变更频率,电机将被烧坏。特别是当频率降低时,该问题就特殊突出。为了防止电机烧毁事故的发生,变频器在变更频率的同时必需要同时变更电压。 例如:为了使电机的旋转速度减半,变频器的输出频率必需从60Hz变更到30Hz,这时变频器的输出电压就必需从400V变更到约200V。 假如要正确的运用变频器, 必需认真地考虑散热的问题。 变频器的故障率随温度上升而成指数的上升。运用寿命随温度上升而成指数的下降。环境温度上升10度,变频器运用寿命减
7、半。 因此,我们要重视散热问题啊! 在变频器工作时,流过变频器的电流是很大的, 变频器产生的热量也是特殊大的,不能忽视其发热所产生的影响 通常,变频器安装在限制柜中。我们要了解一台变频器的发热量或许是多少. 可以用以下公式估算: 发热量的近似值 变频器容量KW55 在这里, 假如变频器容量是以恒转矩负载为准的 (过流实力150% * 60s) 假如变频器带有直流电抗器或沟通电抗器, 并且也在柜子里面, 这时发热量会更大一些。 电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。 这时可以用估算: 变频器容量KW60 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. 留意: 假如有制动电阻的话
8、,因为制动电阻的散热量很大, 因此最好安装位置最好和变频器隔离开, 如装在柜子上面或旁边等。 那么, 怎样采能降低限制柜内的发热量呢? 当变频器安装在限制机柜中时,要考虑变频器发热值的问题。 根据机柜内产生热量值的增加,要适当地增加机柜的尺寸。因此,要使限制机柜的尺寸尽量减小,就必需要使机柜中产生的热量值尽可能地削减。 假如在变频器安装时,把变频器的散热器部分放到限制机柜的外面,将会使变频器有70的发热量释放到限制机柜的外面。由于大容量变频器有很大的发热量,所以对大容量变频器更加有效。 还可以用隔离板把本体和散热器隔开, 使散热器的散热不影响到变频器本体。这样效果也很好。 变频器散热设计中都是
9、以垂直安装为基础的,横着放散热会变差的! 关于冷却风扇 一般功率略微大一点的变频器, 都带有冷却风扇。同时,也建议在限制柜上出风口安装冷却风扇。进风口要加滤网以防止灰尘进入限制柜。 留意限制柜和变频器上的风扇都是要的,不能谁替代谁。其他关于散热的问题 1、在海拔高于1000m的地方,因为空气密度降低,因此应加大柜子的冷却风量以改善冷却效果。理论上变频器也应考虑降容,1000m每-5%。但由于事实上因为设计上变频器的负载实力和散热实力一般比实际运用的要大, 所以也要看具体应用。 比方说在1500m的地方,但是周期性负载,如电梯,就不必要降容。 2、 开关频率:变频器的发热主要来自于IGBT, I
10、GBT的发热有集中在开和关的瞬间。 因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。 有的厂家声称降低开关频率可以扩容, 就是这个道理。 矢量限制是怎样使电机具有大的转矩的? 1: 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缺乏的技术 运用矢量限制,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时的输出转矩可以到达电机在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限制,电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加,这就导致由于励磁缺乏,而使电机不能获得足够
11、的旋转力。为了补偿这个缺乏,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。 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重量和其它重量如励磁重量。 矢量限制“把电机的电流值进行支配,从而确定产生转矩的电机电流重量和其它电流重量如励磁重量的数值。 矢量限制可以通过对电机端的电压降的响应,进行优化补偿,在不增加电流的状况下,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。 变频器制动的状况 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
12、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,假如输出频率降低,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,产生的功率假如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。
13、在实际中,这种应用需要“能量回馈单元选件。 2:怎样提高制动实力? 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。 为了改善制动实力,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。 3. 当电机的旋转速度变更时,其输出转矩会怎样? 变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于干脆用工频电源驱动时的起动转矩和最大转矩。 我们经常听到下面的说法:“电机在工频电源供电时,电机的起动和加速冲击很大,而当运用变频器供电时,这些冲击就要弱一些。假如用大的电压和频率起动电机,例如运用工频电网干脆供电,就会产生一个大的起动冲击大的起动电流
14、。而当运用变频器时,变频器的输出电压和频率是慢慢加到电机上的,所以电机产生的转矩要小于工频电网供电的转矩值。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些减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。 通过运用磁通矢量限制的变频器,将改善电机低速时转矩的缺乏,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额定频率20时,电机的输出转矩将降低 通常的电机是依据额定频率电压设计制造的,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, P60Hz时, X会相应减小 对于电机来说, T=K*I*X, (K:常数
15、, 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实力来描述其过载(转矩)实力. 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 发热和散热实力确定变频器的输出电流实力,从而影响变频器的输出转矩实力。 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
16、响。但元器件的发热会减小。 环境温度:就象不会因为检测到四周温度比较低时就增大变频器爱惜电流值. 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. 矢量限制是怎样改善电机的输出转矩实力的? *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缺乏的技术 运用矢量限制,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时的输出转矩可以到达电机在50Hz供电输出的转矩最大约为额定转矩的150。
17、 对于常规的V/F限制,电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加,这就导致由于励磁缺乏,而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个缺乏,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重量和其它重量如励磁重量。 矢量限制把电机的电流值进行支配,从而确定产生转矩的电机电流重量和其它电流重量如励磁重量的数值。 矢量限制可以通过对电机端的电压降的响应,进行优化补偿,在不增加电流的状况下,允许电机产出大的转矩。此功能对改善电机
18、低速时温升也有效。 1、什么是变频器? 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能限制装置。 2、PWM和PAM的不同点是什么? PWM是英文Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)缩写,按确定规律变更脉冲列的脉冲宽度,以调整输出量和波形的一种调值方式。 PAM是英文Pulse Amplitude Modulation (脉冲幅度调制) 缩写,是按确定规律变更脉冲列的脉冲幅度,以调整输出量值和波形的一种调制方式。 3、电压型与电流型有什么不同? 变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为沟通的变频器,直流回路的滤波是电容;电流型是将
19、电流源的直流变换为沟通的变频器,其直流回路滤波石电感。 4、为什么变频器的电压与电流成比例的变更? 异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间互相作用而产生的,在额定频率下,假如电压确定而只降低频率,那么磁通就过大,磁回路饱和,严峻时将烧毁电机。因此,频率与电压要成比例地变更,即变更频率的同时限制变频器输出电压,使电动机的磁通保持确定,避开弱磁和磁饱和现象的产生。这种限制方式多用于风机、泵类节能型变频器。 5、电动机运用工频电源驱动时,电压下降则电流增加;对于变频器驱动,假如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,假如输出相同的功率,则电流增加,但在转矩确定的条件下,电
20、流几乎不变。 6、接受变频器运转时,电机的起动电流、起动转矩怎样? 接受变频器运转,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%)。用工频电源干脆起动时,起动电流为67倍,因此,将产朝气械电气上的冲击。接受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1.21.5倍,起动转矩为70%120%额定转矩;对于带有转矩自动增加功能的变频器,起动转矩为100%以上,可以带全负载起动。 7、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。V与f的比例关系是考虑了电机特性而预先确定的,通常在限制器的存
21、储装置ROM中存有几种特性,可以用开关或标度盘进行选择 8、按比例地改V和f时,电机的转矩如何转变? 频率下降时完全成比例地降低电压,那么由于沟通阻抗变小而直流电阻不变,将造成在低速下产生地转矩有减小的倾向。因此,在低频时给定V/f,要使输出电压提高一些,以便获得确定地起动转矩,这种补偿称增加起动。可以接受各种方法实现,有自动进行的方法、选择V/f模式或调整电位器等方法 9、在说明书上写着变速范围606Hz,即10:1,那么在6Hz以下就没有输出功率吗? 在6Hz以下仍可输出功率,但根据电机温升和起动转矩的大小等条件,最低运用频率取6Hz左右,此时电动机可输出额定转矩而不会引起严峻的发热问题。
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