變頻電機(jī)的工作原理構(gòu)造原理及其主要特點(diǎn)

　　隨著電力電子技術(shù)及新型半導(dǎo)體器件的迅速發(fā)展 ，交流調(diào)速技術(shù)得到不斷的完善和提高 ，逐步完善的變頻器以其良好的輸出波形、優(yōu)異的性能價(jià)格比在交流電機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。 例如： 鋼廠用于軋鋼的大型電動(dòng)機(jī)和中、小型輥道電動(dòng)機(jī)、鐵路及城市軌道交通用牽引電機(jī)、電梯電機(jī)、集裝箱起吊設(shè)備用起重電機(jī)、水泵和風(fēng)機(jī)用電機(jī)、壓縮機(jī)、家用電器用電機(jī)等都相繼使用交流變頻調(diào)速電機(jī) ，并取得了良好效果。采用交流變頻調(diào)速電機(jī)比直流調(diào)速電機(jī)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)：

　?。?1）調(diào)速容易 ，而且節(jié)能。

　　（ 2）交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、慣量小、造價(jià)低、維修容易、耐用。

　?。?3）可以擴(kuò)大容量 ，實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速和高電壓運(yùn)行。

　?。?4）可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和快速制動(dòng)。

　?。?5）無(wú)火花、防爆、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。

　　近年來(lái) ，國(guó)際上變頻調(diào)速傳動(dòng)裝置以每年 13 %～ 16% 的增長(zhǎng)率發(fā)展 ，并有逐步取代大部分直流調(diào)速傳動(dòng)裝置的趨勢(shì)。 由于以恒頻、恒壓電源進(jìn)行工作的普通異步電機(jī)應(yīng)用于變頻調(diào)速系統(tǒng)時(shí) ，存在著很大的局限性 ，國(guó)外發(fā)展了根據(jù)使用場(chǎng)合和使用要求而設(shè)計(jì)的專(zhuān)用的變頻交流電動(dòng)機(jī)。例如 ，有低噪音、低振動(dòng)用的電機(jī) ，有提高低速轉(zhuǎn)矩特性的電機(jī) ，有高速電機(jī) ，有帶測(cè)速發(fā)電機(jī)的電機(jī)以及矢量控制電機(jī)等。

　　變頻電機(jī)的工作原理

　　變頻器是把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置，在實(shí)際的生產(chǎn)中有著十分廣泛的應(yīng)用。那么變頻器的工作原理是什么呢？下面電工之家?guī)黄饋?lái)分享一下。

　　它的主電路由三部分構(gòu)成，即整流器、平波回路和逆變器，并一般分為電流型和電壓型。電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。

　　整流器

　　最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　平波回路

　　在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波回路。

　　逆變器

　　同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時(shí)間使6個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為例示出開(kāi)關(guān)時(shí)間和電壓波形。

　　控制電路

　　是給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”組成。

　?。?）運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。

　?。?）電壓、電流檢測(cè)電路：與主回路電位隔離檢測(cè)電壓、電流等。

　?。?）驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。 　?。?）速度檢測(cè)電路：以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測(cè)器（tg、plg等）的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。

　?。?）保護(hù)電路：檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過(guò)載或過(guò)電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。

　　上圖就是變頻器控制電路的原理示意圖。上半部為主電路，下半部為控制電路。主要由控制核心CPU 、輸入信號(hào)、輸出信號(hào)和面板操作指示信號(hào)、存儲(chǔ)器、LSI電路組成。

　　外接電位器的模擬信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換將信號(hào)送入CPU，達(dá)到調(diào)速的目的。外接的開(kāi)關(guān)量信號(hào)也經(jīng)由與非門(mén)送入控制CPU。

　　變頻電機(jī)的構(gòu)造原理

　　異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時(shí)，轉(zhuǎn)速正比于頻率，可見(jiàn)改變電源頻率就能改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。在變頻調(diào)速時(shí)，總希望主磁通保持不變。若主磁通大于正常運(yùn)行時(shí)的磁通，則磁路過(guò)飽和而使勵(lì)磁電流增大，功率因數(shù)降低；若主磁通小于正常運(yùn)行時(shí)的磁通，則電機(jī)轉(zhuǎn)矩下降。

　　變頻電機(jī)的主要特點(diǎn)

　　變頻專(zhuān)用電動(dòng)機(jī)具有如下特點(diǎn)：

　　B級(jí)溫升設(shè)計(jì)，F(xiàn)級(jí)絕緣制造。采用高分子絕緣材料及真空壓力浸漆制造工藝以及采用特殊的絕緣結(jié)構(gòu)，使電氣繞組采用絕緣耐壓及機(jī)械強(qiáng)度有很大提高，足以勝任馬達(dá)之高速運(yùn)轉(zhuǎn)及抵抗變頻器高頻電流沖擊以及電壓對(duì)絕緣之破壞。

　　平衡質(zhì)量高，震動(dòng)等級(jí)為R級(jí)（降振級(jí)）機(jī)械零部件加工精度高，并采用專(zhuān)用高精度軸承，可以高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　強(qiáng)制通風(fēng)散熱系統(tǒng)，全部采用進(jìn)口軸流風(fēng)機(jī)超靜音、高壽命，強(qiáng)勁風(fēng)力。保障馬達(dá)在任何轉(zhuǎn)速下，得到有效散熱，可實(shí)現(xiàn)高速或低速長(zhǎng)期運(yùn)行。

　　經(jīng)AMCAD軟件設(shè)計(jì)的YP系列電機(jī)，與傳統(tǒng)變頻電機(jī)相比較，具備更寬廣的調(diào)速范圍和更高的設(shè)計(jì)質(zhì)量，經(jīng)特殊的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步抑制高次諧波磁場(chǎng)，以滿足寬頻、節(jié)能和低噪音的設(shè)計(jì)指標(biāo)。具有寬范圍恒轉(zhuǎn)矩與功率調(diào)速特性，調(diào)速平穩(wěn)，無(wú)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

　　與各類(lèi)變頻器均具有良好的參數(shù)匹配，配合矢量控制，可實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)速全轉(zhuǎn)矩、低頻大力矩與高精度轉(zhuǎn)速控制、位置控制及快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)控制。YP系列變頻專(zhuān)用電機(jī)可配制剎車(chē)器，編碼器供貨，這樣即可獲得精準(zhǔn)停車(chē)，和通過(guò)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)高精度速度控制。

　　采用“減速機(jī)+變頻專(zhuān)用電機(jī)+編碼器+變頻器”實(shí)現(xiàn)超低速無(wú)級(jí)調(diào)速的精準(zhǔn)控制。YP系列變頻專(zhuān)用電機(jī)通用性好，其安裝尺寸符合IEC標(biāo)準(zhǔn)，與一般標(biāo)準(zhǔn)型電機(jī)具備可互換性。