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变频器原理.doc

变频器原理

沈得春
2017-09-24 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《变频器原理doc》,可适用于工程科技领域

变频器原理、概述各国使用的交流供电电源无论是用于家庭还是用于工厂其电压和频率均VHz(Hz)或VHz(Hz)等等。通常把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“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交流电变换为直流电(DC)。把直流电(DC)变换为交流电(AC)的装置其科学术语为“inverter”(逆变器)。由于变频器设备中产生变化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。使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。用于电机控制的变频器既可以改变电压又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。汽车上使用的由电池(直流电)产生交流电的设备也以“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。电机的旋转速度为什么能够自由地改变?rmin电机旋转速度单位:每分钟旋转次数也可表示为rpm例如:极电机Hz,rmin极电机Hz,rmin电机的旋转速度同频率成比例。本文中所指的电机为感应式交流电机在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机(以后简称为电机)的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值(为的倍数例如极数为)所以不适和改变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外面调节后再供给电机这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此以控制频率为目的的变频器是做为电机调速设备的优选设备。n=fpn:同步速度f:电源频率p:电机极数改变频率和电压是最优的电机控制方法。如果仅改变频率电机将被烧坏。特别是当频率降低时该问题就非常突出。为了防止电机烧毁事故的发生变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压例如:为了使电机的旋转速度减半变频器的输出频率必须从Hz改变到Hz这时变频器的输出电压就必须从V改变到约V。例如:为了使电机的旋转速度减半变频器的输出频率必须从Hz改变到Hz这时变频器的输出电压就必须从V改变到约V。如果要正确的使用变频器,必须认真地考虑散热的问题。变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。使用寿命随温度升高而成指数的下降。环境温度升高度变频器使用寿命减半。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非常大的不能忽视其发热所产生的影响。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)×W在这里,如果变频器容量是以恒转矩负载为准的(过流能力×s)如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器,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(KW)×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:如果有制动电阻的话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,怎样采能降低控制柜内的发热量呢当变频器安装在控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。因此要使控制机柜的尺寸尽量减小就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。如果在变频器安装时把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面将会使变频器有%的发热量释放到控制机柜的外面。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稍微大一点的变频器都带有冷却风扇。同时也建议在控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控制柜。注意控制柜和变频器上的风扇都是要的不能谁替代谁。在海拔高于m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m每。但由于实际上因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大所以也要看具体应用。比方说在m的地方但是周期性负载如电梯就不必要降容。开关频率:变频器的发热主要来自于IGBTIGBT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。有的厂家宣称降低开关频率可以扩容就是这个道理。矢量控制是怎样使电机具有大的转矩的?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分量和其它分量(如励磁分量)。"矢量控制"把电机的电流值进行分配从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量(如励磁分量)的数值。"矢量控制"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情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。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。对于变频器如果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如果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"。在实际中这种应用需要"能量回馈单元"选件。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。为了改善制动能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。我们经常听到下面的说法:"电机在工频电源供电时(*)时电机的起动和加速冲击很大而当使用变频器供电时这些冲击就要弱一些"。如果用大的电压和频率起动电机例如使用工频电网直接供电就会产生一个大的起动冲击(大的起动电流(*))。而当使用变频器时变频器的输出电压和频率是逐渐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。通过使用磁通矢量控制的变频器将改善电机低速时转矩的不足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Hz频率时电机的输出转矩将降低。通常的电机是按Hz(Hz)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,P<=Pe)变频器输出频率大于Hz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Hz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Hz时产生的转矩大约要降低到Hz时产生转矩的。因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速(P=Ue*Ie)*: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不足的技术,使用"矢量控制"可以使电机在低速,如(无速度传感器时)Hz(对极电机其转速大约为rmin)时的输出转矩可以达到电机在Hz供电输出的转矩(最大约为额定转矩的%)。对于常规的VF控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不足而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足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"(*)。*:工频电源由电网提供的动力电源(商用电源)*:起动电流当电机开始运转时变频器的输出电流变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动。

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