【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。 變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、 制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成的。 17 交 直部分 整流電路：由 VD1VD6 六個(gè)整流二極管組成不可控全波整流橋。對(duì)于 380V 的額定電源，一般二極管反向耐壓值應(yīng)選 1200V，二極管的正向電流為電機(jī)額定電流的 倍。 （二） 變頻器元件作用 電容 C1： 是吸收電容 ,整流電路輸出是脈動(dòng)的直流電壓，必須加以濾波， 變壓器是一種常見的電氣設(shè)備， 可用來(lái)把某種數(shù)值的交變電壓變換為同頻率的另一數(shù)值的交變電壓，也可以改變交流電的數(shù)值及變換阻抗或改變相位。 壓敏電阻 ： 有三個(gè)作用 ,一過(guò)電壓保護(hù) ,二耐雷擊要求 ,三安規(guī)測(cè)試需要 . 熱 敏電阻 ：過(guò)熱保護(hù) 霍爾 : 安裝在 UVW 的其中二相 ,用于檢測(cè)輸出電流值。選用時(shí)額定電流約為電機(jī)額定電流的 2倍左右。 充電電阻： 作用是防止開機(jī)上電瞬間電容對(duì)地短路，燒壞儲(chǔ)能電容開機(jī)前電容二端的電壓為 0V；所以在上電（開機(jī)）的瞬間電容對(duì)地為短路狀態(tài)。如果不加充電電阻在整流橋與電解電容之間，則相當(dāng)于 380V 電源直接對(duì)地短路，瞬間整流橋通過(guò)無(wú)窮大的電流導(dǎo)致整流橋炸掉。一般而言變頻器的功率越大，充電電阻越小。充電電阻的選擇范圍一般為： 10300Ω。 儲(chǔ)能電容： 又叫電解電容，在 充電電路中主要作用為儲(chǔ)能和濾波。 PN 端的電壓電壓工作范圍一般 18 在 430VDC～ 700VDC 之間，而一般的高壓電容都在 400VDC 左右，為了滿足耐壓需要就必須是二個(gè) 400VDC 的電容串起來(lái)作 800VDC。 容量選擇≥ 60uf/A 均壓電阻：防止由于儲(chǔ)能電容電壓的不均燒壞儲(chǔ)能電容；因?yàn)?二個(gè)電解電容不可能做成完全一致，這樣每個(gè)電容上所承受的電壓就可能不同，承受電壓高的發(fā)熱嚴(yán)重（電容里面有等效串聯(lián)電阻）或超過(guò)耐壓值而損壞 。 C2 電容 。 吸收電容 ,主要作用為吸收 IGBT 的過(guò)流與過(guò)壓能量。 （ 2）直 交部分 VT1VT6 逆變管（ IGBT 絕緣柵雙極型功率管 ）：構(gòu)成逆變電路的主要器件，也是變頻器的核心元件。把直流電逆變頻率，幅值都可調(diào)的交流電。 VT1VT6 是續(xù)流二極：作用是把在電動(dòng)機(jī)在制動(dòng)過(guò)程中將再生電流返回直流電提供通道并為逆變管 VT1VT6 在交替導(dǎo)通和截止的換相過(guò)程中，提供通道。 （ 3）控制部分 :電源板、驅(qū)動(dòng)板、控制板（ CPU 板） 電源板：開關(guān)電源電路向操作面板、主控板、驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路及風(fēng)扇等提供低壓電源， 開關(guān)電源提供的低壓電源有：177。 5V、177。 15V 、177。 24V 向 CPU 其附屬電路、控制電路、顯示面板等提 供電源。 驅(qū)動(dòng)板：主要是將 CPU 生成的 PWM 脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生符合要求的驅(qū)動(dòng)信號(hào)激勵(lì)I(lǐng)GBT 輸出電壓。 控制板（ CPU 板）：也叫 CPU 板相當(dāng)人的大腦，處理各種信號(hào)以及控制程序等部分 [注 :再次整流（直流變交流） 更貼切的叫法是 逆變 !在這里感謝蔡工給我們編輯們提的意見 !也歡迎大家多給我們編輯組提出更多寶貴的意見和建議 !mym() ] （三） 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為什么能夠自由地改變？ *1: r/min 電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度單位：每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù)，也可 表示為 rpm. 例如： 2 極電機(jī) 50Hz 3000 [r/min] 4 極電機(jī) 50Hz 1500 [r/min] $電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例 本文中所指的電機(jī)為感應(yīng)式交流電機(jī)，在工業(yè)中所使用的大部分電機(jī)均為此類型電機(jī)。 感應(yīng)式交流電機(jī)（以后簡(jiǎn)稱為電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機(jī)的極數(shù)和頻率。 由電機(jī)的工作原理決定電機(jī)的極數(shù)是固定不變的。由于該極數(shù)值不是一個(gè)連續(xù)的數(shù)值（為 2 的倍數(shù)，例如極數(shù)為 2， 4， 6），所以一般不適和通過(guò)改變?cè)撝?來(lái)調(diào)整電機(jī)的速度。 另外，頻率能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供給電機(jī)，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。 因此，以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。 n = 60f/p n: 同步速度 f: 電源頻率 p: 電機(jī)極對(duì)數(shù) 19 $ 改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機(jī)控制方法 如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時(shí)會(huì)使電機(jī)出于過(guò)電壓（過(guò)勵(lì)磁），導(dǎo)致電機(jī)可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率 的同時(shí)必須要同時(shí)改變電壓。 輸出頻率在額定頻率以上時(shí)，電壓卻不可以繼續(xù)增加，最高只能是等于電機(jī)的額定電壓。 例如：為了使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度減半，把變頻器的輸出頻率從 50Hz 改變到 25Hz，這時(shí)變頻器的輸出電壓就需要從 400V 改變到約 200V 2. 當(dāng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度（頻率）改變時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)怎樣？ *1: 工頻電源 由電網(wǎng)提供的動(dòng)力電源（商用電源） （ 四） 起動(dòng)電流 當(dāng)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，變頻器的輸出電流 變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動(dòng) 電機(jī)在工頻電源供電時(shí)起動(dòng)和加速?zèng)_擊很大，而當(dāng)使用變頻器供電時(shí)，這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的起動(dòng)電流。而當(dāng)使用變頻器時(shí)，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的，所以電機(jī)起動(dòng)電流和沖擊要小些。 通常，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減?。ㄋ俣冉档停┒鴾p小。減小的實(shí)際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊(cè)中會(huì)給出說(shuō)明。 通過(guò)使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機(jī)低速時(shí)轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低速區(qū)電機(jī)也 可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。 （ 五） 當(dāng)變頻器調(diào)速到大于 50Hz 頻率時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低 通常的電機(jī)是按 50Hz 電壓設(shè) 計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 . (T=Te, P=Pe) 變頻器輸出頻率大于 50Hz 頻率時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。 當(dāng)電機(jī)以大于 50Hz 頻率速度運(yùn)行時(shí)，電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。 舉例，電機(jī)在 100Hz 時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到 50Hz 時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的 1/2。 因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速 . (P=Ue*Ie) （ 六） 變 頻器 50Hz 以上的應(yīng)用情況 大家知道 , 對(duì)一個(gè)特定的電機(jī)來(lái)說(shuō) , 其額定電壓和額定電流是不變的 . 如變頻器和電機(jī)額定值都是 : 15kW/380V/30A, 電機(jī)可以工作在 50Hz 以上 當(dāng)轉(zhuǎn)速為 50Hz時(shí) , 變頻器的輸出電壓為 380V, 電流為 30A. 這時(shí)如果增大輸出頻率到 60Hz, 變頻器的最大輸出電壓電流還只能為 380V/30A. 很顯然輸出功率不變 . 所以我們稱之為恒功率調(diào)速 . 這時(shí)的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢 ? 因?yàn)?P=wT (w:角速度 , T:轉(zhuǎn)矩 ). 因?yàn)?P 不變 , w 增加了 , 所以轉(zhuǎn)矩會(huì)相應(yīng)減小 . 20 我們還可以再換一個(gè)角度來(lái)看 : 電機(jī)的定子電壓 U = E + I*R (I 為電流 , R 為電子電阻 , E 為感應(yīng)電勢(shì) ) 可以看出 , U,I 不變時(shí) , E 也不變 . 而 E = k*f*X, (k:常數(shù) , f: 頻率 , X:磁通 ), 所以當(dāng) f 由 5060Hz 時(shí) , X 會(huì)相應(yīng)減小 對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō) , T=K*I*X, (K:常數(shù) , I:電流 , X:磁通 ), 因此轉(zhuǎn)矩 T 會(huì)跟著磁通 X 減小而減小 . 同時(shí) , 小于 50Hz 時(shí) , 由于 I*R 很小 , 所以 U/f=E/f 不變時(shí) , 磁通 (X)為常數(shù) . 轉(zhuǎn)矩 T和電流成正比 . 這也就是為什么通常用變頻器的過(guò)流能力來(lái)描述其過(guò)載 (轉(zhuǎn)矩 )能力 . 并稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 (額定電流不變 最大轉(zhuǎn)矩不變 ) 結(jié)論 : 當(dāng)變頻器輸出頻率從 50Hz 以上增加時(shí) , 電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)減小 . （ 七） 其他和輸出轉(zhuǎn)矩有關(guān)的因素 發(fā)熱和散熱能力決定變頻器的輸出電流能力，從而影響變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩能力。 載波頻率 : 一般變頻器所標(biāo)的額定電流都 是以最高載波頻率 , 最高環(huán)境溫度下能保證持續(xù)輸出的數(shù)值 . 降低載波頻率 , 電機(jī)的電流不會(huì)受到影響。但元器件的發(fā)熱會(huì)減小。 環(huán)境溫度：就象不會(huì)因?yàn)闄z測(cè)到周圍溫度比較低時(shí)就增大變頻器保護(hù)電流值 . 海拔高度 : 海拔高度增加 , 對(duì)散熱和絕緣性能都有影響 .一般 1000m 以下可以不考慮 . 以上每 1000 米降容 5%就可以了 . （ 八） 矢量控制是怎樣改善電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩能力的？ *1: 轉(zhuǎn)矩提升 此功能增加變頻器的輸出電壓（主要是低頻時(shí)），以補(bǔ)償定子電阻上電壓降引起的輸出 轉(zhuǎn)矩?fù)p失，從而改善電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。 $ 改善電機(jī)低速輸出轉(zhuǎn)矩不足的技術(shù) 使用 矢量控制 ，可以使電機(jī)在低速 ,如 (無(wú)速度傳感器時(shí) )1Hz（對(duì) 4 極電機(jī)，其轉(zhuǎn)速大約為 30r/min）時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到電機(jī)在 50Hz 供電輸出的轉(zhuǎn)矩（最大約為額定轉(zhuǎn)矩的 150％）。 對(duì)于常規(guī)的 V/F 控制，電機(jī)的電壓降隨著電機(jī)速度的降低而相對(duì)增加，這就導(dǎo)致由于勵(lì)磁不足，而使電機(jī)不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力。為了補(bǔ)償這個(gè)不足，變頻器中需要通過(guò)提高電壓，來(lái)補(bǔ)償電機(jī)速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個(gè)功 能叫做 轉(zhuǎn)矩提升 （ *1）。 轉(zhuǎn)矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對(duì)應(yīng)的提高。 因?yàn)殡姍C(jī)電流包含電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量（如勵(lì)磁分量）。 矢量控制 把電機(jī)的電流值進(jìn)行分配，從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機(jī)電流分量和其它電流分量（如勵(lì)磁分量）的數(shù)值。 矢量控制 可以通過(guò)對(duì)電機(jī)端的電壓降的響應(yīng)，進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，在不增加電流的情況下，允許電機(jī)產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩。此功能對(duì)改善電機(jī)低速時(shí)溫升也有效。 變頻器基礎(chǔ)原理知識(shí) 1: VVVF 是 Variable Voltage and Variable Frequency 的縮寫，意為改變電壓和改變頻率，也就是人們所說(shuō)的變壓變頻。 21 2: CVCF 是 Constant Voltage and Constant Frequency 的縮寫，意為恒電壓、恒頻率，也就是人們所說(shuō)的恒壓恒頻。 我們使用的電源分為交流電源和直流電源，一般的直流電源大多是由交流電源通過(guò)變壓器變壓，整流濾波后得到的。交流 電源在人們使用電源中占總使用電源的 95％左右。 無(wú)論是用于家庭還是用于工廠，單相交流電源和三相交流電源，其電壓和頻率均按各國(guó)的規(guī)定有一定的標(biāo)準(zhǔn)，如我國(guó)大陸規(guī)定，直接用戶單相交流電為 220V，三相交流電線電壓為 380V，頻率為 50Hz，其它國(guó)家的電源電壓和頻率可能于我國(guó)的電壓和頻率不同，如有單相 100V/60Hz，三相 200V/60Hz 等等，標(biāo)準(zhǔn)的電壓和頻率的交流供電電源叫工頻交流電。 通常，把