變頻器的基礎(chǔ)知識(shí)

希望大家都能從本文章中學(xué)到一些對(duì)自己有用的知識(shí)，歡迎收藏轉(zhuǎn)發(fā)~

變頻器的基本構(gòu)成 ?

變頻器的電壓波形變化 ?

變頻器基本構(gòu)成圖 ?

變頻器的控制對(duì)象 ?

【三相異步電動(dòng)機(jī)】

三相異步電動(dòng)機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸組成，當(dāng)在定子繞組上加上三相交流電壓時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度由加在定子繞組上的三相交流電壓的頻率所決定。位于該磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)子繞組，將切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通互相作用而產(chǎn)生電磁力，即轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)軸將沿著與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相同的方向旋轉(zhuǎn)。任意改變?nèi)喽ㄗ永@組的兩個(gè)電壓相位，即可使磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向發(fā)生改變，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向也將隨之變化，即可逆控制。

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，同步轉(zhuǎn)速是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的極數(shù)和電源頻率來決定的。由于需要有轉(zhuǎn)矩輸出，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速總是落后于同步轉(zhuǎn)速，它們之間的差值稱為轉(zhuǎn)差率。

變頻器的動(dòng)作原理 ?

電動(dòng)機(jī)的速度：轉(zhuǎn)矩特性

變頻器的用途 ?

【變頻器的用途其實(shí)就是“節(jié)約能源”】

●風(fēng)機(jī)、泵等需要控制流量（風(fēng)量）的場(chǎng)合，采用變頻器控制或擋板控制，其消耗的電力和流量（風(fēng)量）的關(guān)系如下圖。

●流量（風(fēng)量）小的場(chǎng)合，變頻器的節(jié)電的效果特別明顯。

例：賓館等場(chǎng)所中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行流量：85%：2000小時(shí)、60%：2000小時(shí)。合計(jì)4000小時(shí)/年、馬達(dá)：15kW×１臺(tái)。

一年間所節(jié)省的能源：50,100kWh-24,900kWh＝25,200kWh/年。

使用時(shí)需要特別注意的問題：

使用之前應(yīng)認(rèn)真閱讀產(chǎn)品的《使用手冊(cè)》，正確使用變頻器。使用錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致變頻器無法運(yùn)行或降低使用壽命，最嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致變頻器被損壞。

變頻器的選型要點(diǎn) ?

故障：電源投入時(shí)異常的電壓波形會(huì)導(dǎo)致變頻器內(nèi)部的浪涌吸收元件（ZNR）損壞！

變頻器的安裝方法 ?

安全注意事項(xiàng)：

為防止受傷、事故，請(qǐng)務(wù)必遵守以下事項(xiàng)。

?使用前請(qǐng)仔細(xì)閱讀“產(chǎn)品介紹”、“使用手冊(cè)”，以便正確使用。

?確認(rèn)在開始使用之前，您對(duì)此裝置及其安全信息和所有注意事項(xiàng)都已知曉。

【注意】

施工前請(qǐng)?jiān)僖淮未_認(rèn)產(chǎn)品使用說明書上有關(guān)“安全注意”方面的事項(xiàng)。

【安裝時(shí)的注意要點(diǎn)】

【接線時(shí)的注意要點(diǎn)】

變頻器的運(yùn)行方式 ?

加速、減速時(shí)間的設(shè)定：

★ 第一加速時(shí)間、第一減速時(shí)間

馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩特性

【容許連續(xù)運(yùn)行的轉(zhuǎn)矩】

采用變頻器驅(qū)動(dòng)通用異步電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，由于輸出含有高頻波成分，電機(jī)的溫升要有些增大，特別是低速時(shí)，電機(jī)的冷卻效果變差，故不可長(zhǎng)時(shí)間低速運(yùn)行。通用異步電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，輸出力矩變低，需降低負(fù)載使用。

【短時(shí)間最大轉(zhuǎn)矩】

在變頻器的額定過負(fù)荷電流（150% 1分鐘）范圍內(nèi)，能輸出的最大力矩值。

選擇V/F控制的時(shí)候，根據(jù)力矩提升的設(shè)定，力矩特性不同。

【啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩】

與使用商用電源直接驅(qū)動(dòng)通用電機(jī)的始動(dòng)力矩不同。

用變頻器驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，請(qǐng)把電機(jī)的始動(dòng)電流、加速時(shí)的電流控制在變頻器的過負(fù)荷額定電流以下。（推薦：額定電流×1.3以下）。

變頻器的保護(hù)機(jī)能

【故障跳閘及處置】

異?，F(xiàn)象：開機(jī)上電無任何顯示

可能原因：

①電網(wǎng)電壓過低；

②直流輔助電源故障；

③充電電阻損壞；

對(duì)策：

①檢查電網(wǎng)電壓；

②尋求服務(wù)；

③尋求服務(wù)；

異?，F(xiàn)象：上電后一直顯示PoFF

可能原因：

①電網(wǎng)電壓偏低；

②電壓檢測(cè)通道異常；

對(duì)策：

①檢查電網(wǎng)電壓；

②尋求服務(wù)；

異?，F(xiàn)象：電源跳閘

可能原因：

①節(jié)電器輸入側(cè)短路；

②空氣開關(guān)容量過小；

對(duì)策：

①檢查配線或?qū)で蠓?wù)；

②增大空氣開關(guān)容量；

異?，F(xiàn)象：電機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)

可能原因：

①接線錯(cuò)誤；

②運(yùn)行方式設(shè)定錯(cuò)誤；

③負(fù)載過大或電機(jī)堵轉(zhuǎn)；

對(duì)策：

①檢查接線；

②重新設(shè)定運(yùn)行方式；

③減輕負(fù)載或調(diào)整電機(jī)狀況；

異常現(xiàn)象：電機(jī)反轉(zhuǎn)

可能原因：電機(jī)接線相序錯(cuò)誤；

對(duì)策：U、V、W中任意兩相輸出接線對(duì)調(diào)；

異常現(xiàn)象：電機(jī)未能順利加減速

可能原因：

①加減速時(shí)間設(shè)置不合適；

②失速過流點(diǎn)設(shè)置過低；

③過壓失速防止動(dòng)作；

④載波頻率設(shè)置不當(dāng)或出現(xiàn)振蕩；

⑤負(fù)載過重；

對(duì)策：

①重新設(shè)置加減速時(shí)間；

②增大失速過流點(diǎn)的設(shè)定值；

③增大減速時(shí)間或減小負(fù)載慣性；

④減小載波頻率；

⑤減小負(fù)載或增大節(jié)電器功率等級(jí)；

異?，F(xiàn)象：電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中轉(zhuǎn)速波動(dòng)

可能原因：

①負(fù)載波動(dòng)過大；

②電機(jī)過載保護(hù)系數(shù)設(shè)置過低；

③頻率設(shè)定電位器接觸不良；

對(duì)策：

①減小負(fù)載波動(dòng)；

②增大電機(jī)過載保護(hù)系數(shù)；

③更換電位器或?qū)で蠓?wù)；

【電流保護(hù)機(jī)能（SC、OC、OL）】

【有關(guān)變頻器保護(hù)功能的注意事項(xiàng)】

變頻器內(nèi)裝有失速防止、限定電流、過電流保護(hù)等許多保護(hù)功能。這些保護(hù)功能是用于在突發(fā)的異常情況下保護(hù)變頻器的，而不是通常使用的控制功能。

因此，在通常使用狀態(tài)下，請(qǐng)盡量避免讓這些功能處于工作狀態(tài)中。

在用于某些用途時(shí)，可能會(huì)縮短變頻器的壽命或損壞變頻器。

變頻器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，必須用測(cè)量?jī)x器檢測(cè)輸出電流等，確認(rèn)異常跳閘存儲(chǔ)器內(nèi)容，并確認(rèn)使用說明中記載的所有注意事項(xiàng)及商品規(guī)格絕無問題。

INV的選型計(jì)算

【負(fù)載類型的選擇】

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：

負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n無關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下TL總保持恒定或基本恒定。

例如，傳送帶、攪拌機(jī)，擠壓機(jī)等摩擦類負(fù)載以及吊車、提升機(jī)等位能負(fù)載都屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。?

變頻器拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載時(shí)，低速下的轉(zhuǎn)矩要足夠大，并且有足夠的過載能力。如果需要在低速下穩(wěn)速運(yùn)行，應(yīng)該考慮標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī)的散熱能力，避免電動(dòng)機(jī)的溫升過高。

恒功率負(fù)載：

機(jī)床主軸和軋機(jī)、造紙機(jī)、塑料薄膜生產(chǎn)線中的卷取機(jī)、開卷機(jī)等要求的轉(zhuǎn)矩，大體與轉(zhuǎn)速成反比，這就是所謂的恒功率負(fù)載。

負(fù)載的恒功率性質(zhì)應(yīng)該是就一定的速度變化范圍而言的。當(dāng)速度很低時(shí)，受機(jī)械強(qiáng)度的限制，TL不可能無限增大，在低速下轉(zhuǎn)變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩性質(zhì)。

負(fù)載的恒功率區(qū)和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)對(duì)傳動(dòng)方案的選擇有很大的影響。電動(dòng)機(jī)在恒磁通調(diào)速時(shí)，最大容許輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；而在弱磁調(diào)速時(shí)，最大容許輸出轉(zhuǎn)矩與速度成反比，屬于恒功率調(diào)速。

如果電動(dòng)機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速的范圍與負(fù)載的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率范圍相一致時(shí)，即所謂"匹配"的情況下，電動(dòng)機(jī)的容量和變頻器的容量均最小。

風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載：

在各種風(fēng)機(jī)、水泵、油泵中，隨葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，空氣或液體在一定的速度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的阻力大致與速度n的2次方成正比。隨著轉(zhuǎn)速的減小，轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速的2次方減小。這種負(fù)載所需的功率與速度的3次方成正比。

當(dāng)所需風(fēng)量、流量減小時(shí)，利用變頻器通過調(diào)速的方式來調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量，可以大幅度地節(jié)約電能。

由于高速時(shí)所需功率隨轉(zhuǎn)速增長(zhǎng)過快，與速度的三次方成正比，所以通常不應(yīng)使風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載超工頻運(yùn)行。

中央空調(diào)系統(tǒng)變頻改造

根據(jù)中央空調(diào)系統(tǒng)的配置情況對(duì)冷卻水系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)及冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造。

采用變頻器配合可編程控制器組成控制單元，其中冷卻水泵，冷凍水泵均采用溫度自動(dòng)閉環(huán)調(diào)節(jié)即用溫度傳感器對(duì)冷卻水、冷凍水的水溫進(jìn)行采樣，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（一般為4~20mA，0~10V等）后送至PLC ，PLC將該信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算后決定變頻器輸出頻率，以達(dá)到改變冷凍水泵、冷卻水泵轉(zhuǎn)速?gòu)亩_(dá)到節(jié)能目的。

在冷卻水、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，各裝設(shè)一套變頻器，其中冷卻變頻器供2臺(tái)冷卻水泵切換使用；冷凍變頻器供2臺(tái)冷凍水泵切換使用。（如下圖）：

冷卻水循環(huán)系統(tǒng)：

回水與出水溫度之差，反應(yīng)了需要進(jìn)行交換的熱量；根據(jù)回水和出水溫度之差，通過控制循環(huán)水的速度來控制熱交換的速度，在滿足系統(tǒng)冷卻需要的前提下，達(dá)到節(jié)電的目的。溫差大說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大循環(huán)速度，加速冷卻水的降溫；溫差小，說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量小，可降低冷卻泵的循環(huán)速度，以節(jié)約電能。

采用變頻調(diào)速器驅(qū)動(dòng)，兩臺(tái)冷卻泵互為備用，可編程控制器（PLC）根據(jù)傳感器檢測(cè)到的溫差信號(hào)，同設(shè)定溫差比較后控制變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。PLC先控制變頻器軟啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)M1，當(dāng)M1到達(dá)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，仍未達(dá)到設(shè)定溫差值時(shí)， PLC控制M1切換到工頻電網(wǎng)運(yùn)行，然后再啟動(dòng)M2，經(jīng)PLC控制變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)M2運(yùn)轉(zhuǎn)，從而控制冷卻水的循環(huán)速度；當(dāng)電機(jī)M2工作在下限轉(zhuǎn)速值時(shí)，如果檢測(cè)值大于設(shè)定值，PLC控制電機(jī)M1停機(jī)，同時(shí)控制變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)M2轉(zhuǎn)速?gòu)亩_(dá)到設(shè)定要求。?

在冷凍循環(huán)系統(tǒng)中，由于出水溫度比較穩(wěn)定，因此僅回水溫度就足以反應(yīng)了房間的溫度，所以PLC可根據(jù)回水溫度進(jìn)行控制?；厮疁囟雀?，說明房間溫度高，應(yīng)提高冷凍泵轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)；反之回水溫度低說明房間溫度低，可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度，以節(jié)約能源（其控制過程同冷卻泵循環(huán)系統(tǒng)類似）。

供水系統(tǒng)變頻節(jié)能改造

溴化鋰機(jī)組或電制冷（氟利昂）機(jī)組的中央空調(diào)系統(tǒng)，主機(jī)自身能量消耗由機(jī)組控制，機(jī)外電力消耗組不能控制，而這部分成本是相當(dāng)高，卻通常被人忽視了。尤其是溴化鋰機(jī)組，額定狀態(tài)制冷運(yùn)行時(shí)，機(jī)外水泵、冷卻塔電機(jī)耗電量約占總體能源消耗成本30%（以每公斤油2元、每度電1元計(jì)算）。

從環(huán)境保護(hù)角度、用戶切身利益角度，都應(yīng)將中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成最節(jié)能系統(tǒng)。采用變頻器來控制機(jī)外水泵電機(jī)、冷卻塔電機(jī)是最簡(jiǎn)單、最有效節(jié)能措施。

一般情況節(jié)電20%～50%，每年可節(jié)省機(jī)組及系統(tǒng)總運(yùn)行費(fèi)用12%～20%，十分驚人。

【冷卻水泵變頻控制】

中央空調(diào)冷卻水泵功率是空調(diào)冷凍機(jī)組壓縮機(jī)滿負(fù)荷工作設(shè)計(jì)，當(dāng)環(huán)境溫度及各種外界因素，冷凍機(jī)組不需要開啟全部壓縮機(jī)組，此時(shí)空調(diào)冷凝系統(tǒng)所需要冷卻量也相應(yīng)減小，這時(shí)就可以變頻調(diào)速器來調(diào)節(jié)冷卻水泵轉(zhuǎn)速，降低冷卻水循環(huán)速度及流量，使冷卻水冷負(fù)荷被冷凝系統(tǒng)充分利用，達(dá)到節(jié)能目。

通過我們對(duì)中央空調(diào)變頻節(jié)能改造得到以下數(shù)據(jù)，其冷卻水泵、冷溫水泵低流量運(yùn)行時(shí)，可以大幅度節(jié)省電力，尤其針對(duì)直燃機(jī)冷卻水流量曲線特點(diǎn)，采用變頻控制，意義更大，以遠(yuǎn)大BZ型直燃機(jī)中央空調(diào)系統(tǒng)采用海利普變頻器控制水泵測(cè)試數(shù)據(jù)為例：

當(dāng)制冷量75%時(shí)，機(jī)組所需冷卻水流量34%，水泵電耗約20%；

當(dāng)制冷量50%時(shí)，機(jī)組所需冷卻水流量22%，水泵電耗約15%。

【冷溫水泵變頻控制】

中央空調(diào)冷媒水泵功率是空調(diào)滿負(fù)荷工作設(shè)計(jì)，當(dāng)賓館、酒店、大廈需要冷量或熱量沒有達(dá)到空調(diào)滿負(fù)荷，這時(shí)就可以變頻器調(diào)速器來調(diào)節(jié)冷媒水泵轉(zhuǎn)速，降低冷媒水循環(huán)速度，使冷量和熱量到充分利用，達(dá)到節(jié)能目。

制冷、采暖共用一臺(tái)水泵，則冬季水泵流量只需50%，自然可大大節(jié)省電力；冬夏分泵運(yùn)行，也可低負(fù)荷季節(jié)適當(dāng)降低流量，如90%流量時(shí)，電耗約75%。

【 冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻控制】

風(fēng)機(jī)功率一般都較小，節(jié)電水泵明顯。但風(fēng)機(jī)采取變頻控制能極大有助于冷卻水恒溫，這機(jī)組制冷恒溫極為關(guān)鍵；且能使機(jī)組溶液循環(huán)穩(wěn)定，獲得最大限度節(jié)省燃料。

冷卻塔風(fēng)扇低轉(zhuǎn)速運(yùn)行還能大幅度減少漂水，節(jié)省水源、延緩水質(zhì)劣化、減少水霧對(duì)周圍影響。

【采用變頻器其他益處】

變頻器啟動(dòng)、停止過程是漸強(qiáng)、漸弱式，能消除電機(jī)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)沖擊。并可避免電機(jī)因過載而引起故障。

電機(jī)經(jīng)常處于低負(fù)荷運(yùn)行，能大幅度延長(zhǎng)電機(jī)及水泵、風(fēng)機(jī)壽命，同時(shí)因沒有啟動(dòng)、停止沖擊，加上流量減少，管路承壓及所受沖擊力減小，故對(duì)管道、閥門、末端設(shè)備也起到了保護(hù)作用。另，設(shè)備噪音、震動(dòng)均減小，保護(hù)了環(huán)境。

【中央空調(diào)機(jī)組外變頻器控制方式】

● 冷卻水出/入口溫度改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整流量；

● 冷卻水入口溫度改變冷卻塔風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)整水溫；

● 冷溫水出/入口溫差改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整流量；

● 冷卻水出水溫度改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整流量；

●冷媒水回水溫度改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)水流量。

中央空調(diào)末端設(shè)備：變風(fēng)量機(jī)組變頻控制

變風(fēng)量機(jī)組也是中央空調(diào)系統(tǒng)重要組成部分，其性能指標(biāo)（風(fēng)量、冷量、噪音、用電量）優(yōu)劣，變風(fēng)量機(jī)組本身性能外，更重要還取決于控制模式、控制器性能、品質(zhì)。

中央空調(diào)不斷普及，變風(fēng)量機(jī)組調(diào)節(jié)控制器已經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：

第一階段：風(fēng)閥調(diào)節(jié)。能起到調(diào)節(jié)風(fēng)量作用，但電能量消耗大、噪音大。

第二階段：可控硅調(diào)壓調(diào)速。能起到調(diào)節(jié)風(fēng)量、冷量、節(jié)能作用，對(duì)變風(fēng)量機(jī)組噪音有一定改良作用，其缺點(diǎn)是體積大、可靠性穩(wěn)定性低、故障率高。

第三階段：變頻調(diào)節(jié)。能最大限度滿足變風(fēng)量機(jī)組對(duì)風(fēng)量、冷量、噪音調(diào)節(jié)要求，節(jié)能效果更明顯，體積小，可靠性穩(wěn)定性高。

審核編輯：湯梓紅