变频器原理图讲解

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　　主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，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交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。
交－直－交型变频器原理图
由图可知，变频器由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制回路组成。各部分的功能如下：
1. 整流器 它的作用是把三相(或单相)交流电源整流成直流电。在SPWM变频器中，大多采用全波整流电路。大多数中、小容量的变频器中，整流器件采用不可控的整流二极管或者二极管模块。　　
2. 逆变器 它的作用与整流器相反，是将直流电逆变为电压和频率可变的交流电，以实现交流电机变频调速。逆变电路由开关器件构成，大多采用桥式电路，常称逆变桥。在SPWM变频器中，开关器件接受控制电路中SPWM调制信号的控制，将直流电逆变成三相交流电。

3. 控制电路 这部分电路由运算电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成，一般均采用大规模集成电路。
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。变频器工作原理主要是采用交—直—交方式， 随着变频器工作原理不断深化，同时变频器也得到很越来越广泛的应用，那么变频器工作原理主要是从哪五方面开始的呢？

　　第一. 变频器工作原理中电机的旋转速度为什么能够自由地改变？
　　*1: r/min
　　电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为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，在工业中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2的倍数，例如极数为2，4，6），所以一般不适和通过改变该值来调整电机的速度。
　　另外，频率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 = 60f/p
　　n: 同步速度
　　f: 电源频率
　　p: 电机极对数
　　结论：改变频率和电压是最优的电机控制方法
　　如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。
　　例如：为了使电机的旋转速度减半，把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz，这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V

　　第二. 变频器工作原理中当电机的旋转速度（频率）改变时，其输出转矩会怎样？
　　*1: 工频电源
　　由电网提供的动力电源（商用电源）
　　*2: 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
　　电机在工频电源供电时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。工频直接起动会产生一个大的起动起动电流。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，所以电机起动电流和冲击要小些。
　　通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减小。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。
　　第三. 变频器工作原理中当变频器调速到大于50Hz频率时，电机的输出转矩将降低
　　通常的电机是按50Hz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)
　　第四. 变频器工作原理中变频器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。
传奇电器
　　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-->60Hz时, X会相应减小
　　对于电机来说, T=K*I*X, (K:常数, 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能力来描述其过载(转矩)能力. 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.
　　第五. 变频器工作原理中其他和输出转矩有关的因素
　　发热和散热能力决定变频器的输出电流能力，从而影响变频器的输出转矩能力。
　　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响。但元器件的发热会减小。
　　环境温度：就象不会因为检测到周围温度比较低时就增大变频器保护电流值.
　　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．

dcheng0125

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