变频器简单工作原理

1、变频器简单工作原理 作者：佚名 文章来源：不详 点击数：259 更新时间：2009-11-7 - 在交流异步电动机的诸多调速方法中，变频调速的性能最好，调速范围大，静态稳定性好，运行效率高。采用通用变频器对笼型异步电动机进行调速控制，由于使用方便、可靠性高，并且经济效益显著，得到了大量的推广。1变频调速的控制方式 从以上分析不难看出：直流电动机虽然调速性能很好，但由于构造复杂，导致使用环境及容量都受到了限制；而笼型电动机虽然构造简单，使用环境及容量都不受约束，但采用变磁极对数调速与调转差率：调速，其调速性能又太差，远远不能满足控制的要求。 根据异步电动机的转速表达式可知，只要平滑地调节异步电动

2、机的供电频率fl，就可以平滑调节异步电动机的同步转速，。，从而实现异步电动机的无级调速，从机械特性分析，其调速性能比调磁极对数和转差率好得多，近似直流电动机调压的机械特性。但遗憾的是我们使用的电源都是固定的工频电源，无法变频，所以制造变频电源装置，即变频器就成了关键问题。 过去采用旋转变频发电动机组作为变频电源，这种电源无法实际应用。随着晶闸管的问世，逆变器的产生，静止式的变频电源，即晶闸管式变频器就应运而生，但其性能差、效率低；近年来随着功率晶体管的出现，微机控制技术的成熟，变频器调速才得到迅猛发展。 根据异步电动机的转速表达式n=60 (f,/p) (1一：）=no (1一：），改变笼型异

3、步电动机的供电频率，也就是改变电动机的同步转数no。就可以实现调速，这就是变频调速的基本原理。 表面看来，只要改变定子电压的频率九就可以调节转速大小了，但是事实上只改变五并不能正常调速，而且会引起电动机因过电流而烧毁的可能。为什么呢？这是由异步电动机的特性决定的。现从基频以下与基频以上两种调速情况进行分析。 1基频以下恒磁通（恒转矩）变频调速 (1)恒磁通变频调速的原因 恒磁通变频调速实质上就是调速时要保证电动机的电磁转矩恒定不变。这是因为电磁转矩与磁通是成正比的。 如果磁通太弱，铁心利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩就小，电动机的负载能力下降，要想负载能力恒定就得加大转子电流，这就会引起

4、电动机因过电流发热而烧毁。 如果磁通太强，电动机会处于过励磁状态，使励磁电流过大，同样会引起电动机过电流发热。所以变频调速一定要保持磁通恒定。 (2）怎样才能做到变频调速时磁通恒定 从公式E=4. 44Nf45可知：每极磁通45, = E, / (4. 44N, f,）的值是由E,和f共同决定的，对E，和f进行适当控制，就可以使气隙磁通45；保持额定值不变。由于4. 44N, f,对某一电动机来讲是一个固定常数，所以只要保持E,/二= const，即保持电动势与频率之比为常数进行控制即可。 但是，E；难以直接检测和直接控制。当E，和二的值较高时，定子的漏阻抗压降相对比较小，如忽略不计，即认为U

5、，和E，是近似相等的，这样则可近似地保持定子相电压U,和频率f，的比值为常数。这就是恒压频比控制方程式 U" U, If,const（1一1）101 当频率较低时，U，和E,都变得很小，此时定子电流却夕夕基本不变，所以定子的阻抗压降，特别是电阻压降，相对此时的U，来说是不能忽略的。我们可以想办法在低速时人为地提高定子相电压U，以补偿定子的阻抗压降的影响，使气一隙磁通0，保持额定值基本不变，如图1一1所示。 图中，1为U, If, = const时的电压与频率关系曲线；2一，1 2 下一页变频器简单工作原理 作者：佚名 文章来源：不详 点击数：260 更新时间：2009-11-7 -

6、为有电压补偿时，即近似的E,/丸= const的电压与频率关系曲线。实际上变频器装置中相电压U,和频率人的函数关图1-1 U,/f,与E, If,的关系系并不简单地如曲线2一样，通用的变频器有几十种电压与频率函数关系曲线，可以根据负载性质和运行状况加以选择。 由上面讨论可知，笼型异步电动机的变频调速必须按照一定的规律同时改变其定子电压和频率，采用所谓变压变频（Variable Voltage Variable Frequency, VVVF）调速控制。现在的变频器都能满足鼠型异步电动机的变频调速的基本要求。 (3)恒磁通变频调速机械特性 用VVVF变频器对鼠型电动机在基频以下进行变频控制时的机

7、械特性如图1一2所示。其控制条件为E, If, =const, 图1 -2a表示在U,/九= const的条件下得到的机械特性。在低速区，由于定子电阻压降的影响使机械特性向左移动，这是由于主磁通减小的缘故。图1一Zb表示采用了定子电压补偿后的机械特性。图1 -2c则表示出了端电压补偿的U：与f；之间的函数关系。 2基频以上恒功率（恒电压）变频调速 恒功率变频调速又称为弱磁通变频调速。这是考虑由基频f1N开始向上调速的情况，频率由额定值f1N向上增大，如果按照Ul/丸= const的规律控制，电压也必须由额定值U,、向上增大，但实际上电压U,受额定电压UIN的限制不能再升高，只能保持U1 =UI

8、N不变。根据公式45, U1 / (4. 44 f, N,）分析，主磁通。；随着ft的上升而应减小，这相当于直流电动机弱磁调速的情况，属于近似的恒功率调速方式。证明如下： 在f1 >f1N . U1 =UIN时，公式El = 4. 44f, N, 45，近似为U1N 5zz:4. 44 f, N, O, 可见随fl升高，即转速升高，。，越大，主磁通中，必须相应下降，才能保持平衡，而电磁转矩越低，T与。I的乘积可以近似认为不变，即 PNTX w1const（1一2)也就是说随着转数的提高，电压恒定，磁通就自然下降，当转子电流不变时，其电磁转矩就会减小，而电磁功率却保持恒定不变。对鼠型异步电

9、动机在基频以上进行变频控制时的机械特性如图1一3所示。其控制条件为E', If,、 const。综合上述，异步电动机基频以下及基频变频器的基本构成 作者：佚名 文章来源：不详 点击数：126 更新时间：2009-11-7 -变频器分为交-交和交-直-交两种形式。交-交变频器可将工频交流直接变换成频率,电压均可控制的交流电，又称直接变颇器。而卒一直一交V-叔器则是先把工倾交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电，它又称为间接变频器。我们的目的是研究通用变频器，所以主要研究交一直一交变频器（以下简称变频器）。 变频器的基本构成如图1一5所示，由主电路（包括

10、整流器、中间直流环节、逆变器）和控制电路组成，分述如下： 1)整流器：电网侧的变流器I是整流器，它的作用是把三相（也可以是单相）交流电整流成直流电。 2>逆变器：负载侧的变流器II为逆变器。最常见的结构形式是利用s个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路，有规律地控制逆变器中主开关器件的通与断，可以得到任意频率的三相交流电输出。 3)中间直流环节：由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动或发电制动状态，其功率因数总不会为1。因此在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件（电容器或电抗器）来缓冲。所以又常称中间直流环节为中间直流储能环节。 4)控制电路：控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号的输人输出电路和驱动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。控制方法可以采用模拟控制或数字控制。高性能的变频器目前已经采用微型计算机进行全数字控制。采用尽可能简单的硬件电路，主要靠软件来完成各种功能。由于软件的灵活性，数字控制方式常可以完成模拟控制方式难以完成的功能。 5)关于变流器名称的说明：对于交一直一交变频器，在不涉及能量传递方向的改变时，我