變頻器的種類和應(yīng)用簡(jiǎn)析

變頻器（VFD或VVVF）是一種利用逆變電路將工頻電源變?yōu)轭l率和電壓可變的變頻電源，進(jìn)而對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速的電氣裝置。

一、變頻器的種類特點(diǎn)

變頻器的種類很多，分類方式多種多樣，可根據(jù)需求按用途、變換方式、電源性質(zhì)、調(diào)壓方法、變頻控制等多種方式分類。

1.按用途分類

變頻器按用途可分為通用變頻器和專用變頻器兩大類。

通用變頻器是在很多方面具有很強(qiáng)通用性的變頻器。該類變頻器簡(jiǎn)化了系統(tǒng)功能，主要以節(jié)能為主要目的，多為中小容量的變頻器，一般應(yīng)用在水泵、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)等對(duì)系統(tǒng)調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合。

專用變頻器是專門針對(duì)某一方面或某一領(lǐng)域而設(shè)計(jì)研發(fā)的變頻器，針對(duì)性較強(qiáng)，具有獨(dú)有的功能和優(yōu)勢(shì)，能夠更好地發(fā)揮變頻調(diào)速作用，通用性較差。

目前，較常見(jiàn)的專用變頻器主要有風(fēng)機(jī)類專用變頻器、恒壓供水（水泵）專用變頻器、機(jī)床專用變頻器、重載專用變頻器、注塑機(jī)專用變頻器、紡織專用變頻器、電梯專用變頻器等。

2.按變換方式分類

變頻器按變換方式主要分為交-直-交變頻器和交-交變頻器，如圖2所示。

圖2 變頻器按變換方式分類

3.根據(jù)電源性質(zhì)分類

變頻器按電源性質(zhì)可分為電壓型變頻器和電流型變頻器，如圖3所示。

圖3 變頻器按電源性質(zhì)分類

電壓型變頻器的特點(diǎn)是中間電路采用電容器作為儲(chǔ)能元件緩沖負(fù)載的無(wú)功功率，直流電壓比較平穩(wěn)，常用于負(fù)載變化較大的場(chǎng)合。 電流型變頻器的特點(diǎn)是中間電路采用電感器作為儲(chǔ)能元件緩沖負(fù)載的無(wú)功功率，即扼制電流的變化，常用于負(fù)載電流變化較大的場(chǎng)合，適用于需要回饋制動(dòng)和經(jīng)常正/反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械。

電壓型變頻器與電流型變頻器不僅在電路結(jié)構(gòu)上不同，性能及使用范圍也有所差別。圖4為兩種類型變頻器的比較。

圖4 電壓型變頻器與電流型變頻器的比較

除上述幾種分類方式外，變頻器按變頻控制可分為壓/頻（U/f）控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器、矢量控制變頻器、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器等。 變頻器按調(diào)壓方法可分為PAM變頻器和PWM變頻器。PAM（Pulse Amplitude Modulation，脈沖幅度調(diào)制）變頻器可按照一定的規(guī)律對(duì)脈沖列的脈沖幅度進(jìn)行調(diào)制。

脈沖幅度受微處理器的控制。PWM（Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制）變頻器可按照一定的規(guī)律對(duì)脈沖列的脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制。脈沖寬度受微處理器的控制。 變頻器按輸入電流的相數(shù)分為三進(jìn)三出、單進(jìn)三出變頻器。三進(jìn)三出變頻器的輸入側(cè)和輸出側(cè)都由三相交流電供電。單進(jìn)三出變頻器的輸入側(cè)由單相交流電供電，輸出側(cè)由三相交流電供電。

二、變頻器的功能應(yīng)用

圖5為變頻器的功能原理。由圖可知，變頻器可將頻率恒定的交流電源轉(zhuǎn)換為頻率可變的交流電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。

圖5 變頻器的功能原理

1.變頻器的功能

變頻器是一種集啟/?？刂?、變頻調(diào)速、顯示及按鍵設(shè)置功能、保護(hù)功能于一體的控制裝置，主要用在需要調(diào)整轉(zhuǎn)速的設(shè)備中。

（1）變頻器具有啟/?？刂乒δ?/p>

變頻器接收到啟動(dòng)和停止指令后，可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的啟動(dòng)和停止方式控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，主要的控制功能包含軟啟動(dòng)控制、加/減速控制、停機(jī)控制及制動(dòng)控制等。

①變頻器具有軟啟動(dòng)功能，可實(shí)現(xiàn)被控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流從零開(kāi)始，最大值不超過(guò)額定電流的150%，減輕對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，如圖6所示。

②在使用變頻器控制電動(dòng)機(jī)時(shí)，變頻器輸出的頻率和電壓可從低頻低壓加速至額定頻率和額定電壓，或從額定頻率和額定電壓減速至低頻低壓，如圖7所示。

③變頻器經(jīng)常使用的制動(dòng)方式有兩種，即直流制動(dòng)及外接制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元，用來(lái)滿足不同用戶的需要。

a.直流制動(dòng)。

變頻器的直流制動(dòng)是當(dāng)電動(dòng)機(jī)的工作頻率下降到一定數(shù)值時(shí)，變頻器向電動(dòng)機(jī)的繞組送入直流電壓，使電動(dòng)機(jī)迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。在直流制動(dòng)中，用戶需對(duì)變頻器的直流制動(dòng)電壓、直流制動(dòng)時(shí)間及直流制動(dòng)起始頻率等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

b.外接制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元。

當(dāng)變頻器輸出頻率下降過(guò)快時(shí)，電動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生回饋制動(dòng)電流，使直流電壓上升，損壞變頻器，此時(shí)在回饋電路中加入制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元，可將回饋制動(dòng)電流消耗掉，從而保護(hù)變頻器并實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

圖6 變頻器的軟啟動(dòng)功能

圖7 變頻器的加/減速控制功能

（2）變頻器具有調(diào)速控制功能

在變頻器控制線路中，變頻器可將工頻電源通過(guò)一系列的轉(zhuǎn)換變?yōu)轭l率可變的供電電壓，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。目前，變頻器的調(diào)速控制主要有壓/頻（U/f）控制方式、轉(zhuǎn)差頻率控制方式、矢量控制方式和直接轉(zhuǎn)矩控制方式，如圖8所示。

圖8 變頻器的調(diào)速控制功能

（3）變頻器具有顯示及按鍵設(shè)置功能

用戶可通過(guò)變頻器前面板上的顯示屏及操作按鍵設(shè)定各項(xiàng)參數(shù)，并通過(guò)顯示屏觀看設(shè)定值、運(yùn)行狀態(tài)等信息。

（4）變頻器具有安全保護(hù)功能

變頻器內(nèi)部設(shè)有保護(hù)電路，可實(shí)現(xiàn)對(duì)自身及電動(dòng)機(jī)的各種異常保護(hù)功能，包括過(guò)載保護(hù)和防失速保護(hù)，如圖9所示。

圖9 變頻器的安全保護(hù)功能

為了便于通信及人機(jī)交互，變頻器上通常還設(shè)有不同的通信接口，可用來(lái)與PLC和遠(yuǎn)程操作盤、通信模塊、計(jì)算機(jī)等進(jìn)行通信。

變頻器作為一種新型的電動(dòng)機(jī)控制裝置，除上述功能特點(diǎn)外，還具有運(yùn)轉(zhuǎn)精度高、功率因數(shù)可控等特點(diǎn)。

2.變頻器的應(yīng)用

變頻器是一種依托變頻技術(shù)而開(kāi)發(fā)的新型智能型驅(qū)動(dòng)和控制裝置，廣泛應(yīng)用在各種領(lǐng)域，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，只要使用交流電動(dòng)機(jī)，就要應(yīng)用變頻器。

圖10 變頻器在提高產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)效率方面的應(yīng)用

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圖11 變頻器在節(jié)能方面的應(yīng)用

圖12 變頻器在民用改善環(huán)境中的應(yīng)用





審核編輯：劉清