變頻器的基本原理

一、變頻器的原理

變頻器按能量變換的情況，可以分為交—交變頻器與交—直—交變頻器兩種，前者是將工頻電源轉(zhuǎn)變成所需頻率的交流電源，故稱直接變頻，后者是把直流電能（一般經(jīng)交流電源整流而得）轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的交流電源，故稱為逆變器。

1.交—交變頻器

簡(jiǎn)單的交—交變頻器，可用兩組反并聯(lián)的變流器組成，如下圖：如果讓正組變流器和反組變流器輪流地導(dǎo)通，則負(fù)載上就獲得交變的輸出電壓u0，u0的幅值可以通過(guò)改變變流器的控制角α加以調(diào)節(jié)，u0的頻率則有正、反兩組變流器輪流導(dǎo)通的切換頻率所決定。

2.交—直—交變頻器

交—直—交變頻器是由整流器與逆變器組成，如下圖：如果讓兩對(duì)晶閘管T1、T4與T2、T3輪流切換導(dǎo)通，則負(fù)載上就得到交流輸出電壓u0，u0的幅值可以用改變直流電壓ud來(lái)調(diào)節(jié),u0的頻率則取決于兩對(duì)晶閘管的切換頻率。

二、變頻器應(yīng)用于鼠籠型異步電機(jī)時(shí)的選擇要點(diǎn)

1.負(fù)載電流

電動(dòng)機(jī)采用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)同采用工頻電源運(yùn)轉(zhuǎn)相比，由于變頻器輸出電壓、電流中所含諧波的影響，電動(dòng)機(jī)的效率、功率因數(shù)將降低，電流將增加（同一負(fù)載約增10%）。電動(dòng)機(jī)負(fù)載非常輕時(shí)，即使電動(dòng)機(jī)電流在變頻器額定電流以內(nèi)，也不能使用比電動(dòng)機(jī)容量小很多的變頻器，這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的電抗隨電動(dòng)機(jī)的容量不同，即使電動(dòng)機(jī)負(fù)載相同，電動(dòng)機(jī)容量越大，其脈動(dòng)電流值也就越大，因而有可能超過(guò)變頻器的過(guò)流耐量。

2.低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)矩特性

標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)采用變頻器低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)于U/f一定的轉(zhuǎn)距控制，各頻率下運(yùn)轉(zhuǎn)電流大體同電動(dòng)機(jī)額定頻率下的運(yùn)轉(zhuǎn)電流一樣，因此主要應(yīng)控制電動(dòng)機(jī)的銅損造成的溫升。在這種低速情況下，即使電動(dòng)機(jī)的銅損大體與額定轉(zhuǎn)速時(shí)相同，但由于轉(zhuǎn)速變低，電動(dòng)機(jī)冷卻效果變差，電動(dòng)機(jī)定子繞組溫升就變大，所以必須與此溫升相應(yīng)地減小運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，降低銅損使用。

3.短時(shí)最大轉(zhuǎn)距

標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率下，通常具有輸出200%左右最大轉(zhuǎn)距的能力，如果用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)距特性有如下限制：

1）為了保護(hù)主電路電力電子元件等，變頻器設(shè)有限流功能和過(guò)流時(shí)中斷晶體管工作等功能，以防止超過(guò)耐量的電流流過(guò)，此過(guò)電流耐量通常為變頻器額定電流的150%左右。

2）在數(shù)赫的低頻區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)電阻在阻抗中占的比例增大，轉(zhuǎn)矩特性大幅度降低。

由以上兩個(gè)限制，電動(dòng)機(jī)與變頻器組合時(shí)最大轉(zhuǎn)矩值的情況，在低頻區(qū)最大轉(zhuǎn)矩值變小。在負(fù)載變動(dòng)大或需要啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的情況下，要注意容量的選擇，可使用上一級(jí)的電動(dòng)機(jī)與變頻器。

4.容許最高頻率范圍

通用變頻器中，有的可以輸出工頻以上的頻率，但電動(dòng)機(jī)是以工頻下運(yùn)轉(zhuǎn)為前提制造的，因此在工頻以上頻率使用時(shí)，必須確認(rèn)電動(dòng)機(jī)允許最高頻率范圍，通常電動(dòng)機(jī)允許最高頻率范圍受以下因素限制：

1）軸承的極限轉(zhuǎn)速；

2）風(fēng)扇、端子等的強(qiáng)度；

3）轉(zhuǎn)子的危險(xiǎn)速度；

4）其他特殊零件的強(qiáng)度。

5.噪聲

電動(dòng)機(jī)用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，與工頻電源相比噪聲有些增大，特別是電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以上運(yùn)轉(zhuǎn)，通風(fēng)噪聲非常大，采用時(shí)必須充分考慮。另外，低速運(yùn)轉(zhuǎn)同工頻運(yùn)轉(zhuǎn)相比，也有刺耳的金屬聲（磁噪聲）發(fā)生，可以使用電抗器，以降低磁噪聲。

6.振動(dòng)

電動(dòng)機(jī)用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，就電動(dòng)機(jī)本身來(lái)說(shuō)，冋工頻電源相比，振動(dòng)并沒(méi)有大幅度增加。但是把電動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)械上，由于機(jī)械系統(tǒng)的固有頻率發(fā)生諧振，以及與所傳動(dòng)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)體不平衡量大時(shí)，往往發(fā)生異常振動(dòng)，為此需要考慮修正平衡，采用輪箍式聯(lián)軸節(jié)或防震橡膠等措施。