變頻器基礎原理知識?變頻器工作原理基礎知識1、基本概念，我來為大家講解一下關于變頻器基礎原理知識?跟着小編一起來看一看吧!

變頻器基礎原理知識

變頻器工作原理基礎知識

1、基本概念

（1） VVVF  改變電壓、改變頻率（Variable Voltage and Variable Frequency）的縮寫。 

（2） CVCF  恒電壓、恒頻率（Constant Voltage and Constant Frequency）的縮寫。 

各國使用的交流供電電源，無論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率均200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz）。通常，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稱作“變頻器”。為了産生可變的電壓和頻率，該設備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（DC）。然後再把直流電（DC）變換為三相或單相交流電（AC），我們把實現這種轉換的裝置稱為“變頻器”（inverter）。

變頻器也可用于家電産品。使用變頻器的家電産品中不僅有電機（例如空調等），還有熒光燈等産品。用于電機控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。但用于熒光燈的變頻器主要用于調節電源供電的頻率。汽車上使用的由電池（直流電）産生交流電的設備也以“inverter”的名稱進行出售。變頻器的工作原理被廣泛應用于各個領域。例如計算機電源的供電，在該項應用中，變頻器用于抑制反向電壓、頻率的波動及電源的瞬間斷電。

2. 電機的旋轉速度為什麼能夠自由地改變？ 

（1) r/min電機旋轉速度單位：每分鐘旋轉次數，也可表示為rpm。例如：4極電機 60Hz 1,800 [r/min]，4極電機 50Hz 1,500 [r/min]，電機的旋轉速度同頻率成比例。

本文中所指的電機為感應式交流電機，在工業領域所使用的大部分電機均為此類型電機。感應式交流電機（以後簡稱為電機）的旋轉速度近似地取決于電機的極數和頻率。電機的極數是固定不變的。由于極數值不是一個連續的數值（為2的倍數，例如極數為2，4，6），所以不适合改變極對數來調節電機的速度。另外，頻率是電機供電電源的電信号，所以該值能夠在電機的外面調節後再供給電機，這樣電機的旋轉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，是做為電機調速設備的優選設備。

n = 60f/p，n: 同步速度，f: 電源頻率 ，p: 電機極數，改變頻率和電壓是最優的電機控制方法 。如果僅改變頻率，電機将被燒壞。特别是當頻率降低時，該問題就非常突出。為了防止電機燒毀事故的發生，變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓，例如：為了使電機的旋轉速度減半，變頻器的輸出頻率必須從60Hz改變到30Hz，這時變頻器的輸出電壓就必須從200V改變到約100V。例如：為了使電機的旋轉速度減半，變頻器的輸出頻率必須從60Hz改變到30Hz，這時變頻器的輸出電壓就必須從200V改變到約100V。

3、關于散熱的問題

如果要正确的使用變頻器, 必須認真地考慮散熱的問題。變頻器的故障率随溫度升高而成指數的上升。使用壽命随溫度升高而成指數的下降。環境溫度升高10度，變頻器使用壽命減半。因此，我們要重視散熱問題啊！在變頻器工作時，流過變頻器的電流是很大的, 變頻器産生的熱量也是非常大的，不能忽視其發熱所産生的影響。

 通常，變頻器安裝在控制櫃中。我們要了解一台變頻器的發熱量大概是多少，可以用以下公式估算： 發熱量的近似值＝ 變頻器容量（KW）×55 [W]在這裡, 如果變頻器容量是以恒轉矩負載為準的(過流能力150% * 60s) 如果變頻器帶有直流電抗器或交流電抗器, 并且也在櫃子裡面, 這時發熱量會更大一些。 電抗器安裝在變頻器側面或測上方比較好。這時可以用估算: 變頻器容量（KW）×60 [W]因為各變頻器廠家的硬件都差不多, 所以上式可以針對各品牌的産品. 注意： 如果有制動電阻的話，因為制動電阻的散熱量很大， 因此最好安裝位置最好和變頻器隔離開， 如裝在櫃子上面或旁邊等。那麼, 怎樣采能降低控制櫃内的發熱量呢? 當變頻器安裝在控制機櫃中時，要考慮變頻器發熱值的問題。根據機櫃内産生熱量值的增加，要适當地增加機櫃的尺寸。因此，要使控制機櫃的尺寸盡量減小，就必須要使機櫃中産生的熱量值盡可能地減少。如果在變頻器安裝時，把變頻器的散熱器部分放到控制機櫃的外面，将會使變頻器有70％的發熱量釋放到控制機櫃的外面。由于大容量變頻器有很大的發熱量，所以對大容量變頻器更加有效。還可以用隔離闆把本體和散熱器隔開, 使散熱器的散熱不影響到變頻器本體。這樣效果也很好。變頻器散熱設計中都是以垂直安裝為基礎的，橫着放散熱會變差的! 關于冷卻風扇一般功率稍微大一點的變頻器， 都帶有冷卻風扇。同時，也建議在控制櫃上出風口安裝冷卻風扇。進風口要加濾網以防止灰塵進入控制櫃。 注意控制櫃和變頻器上的風扇都是要的，不能誰替代誰。

另外，散熱問題還要注意以下兩個問題：

（1）在海拔高于1000m的地方，因為空氣密度降低，因此應加大櫃子的冷卻風量以改善冷卻效果。理論上變頻器也應考慮降容，1000m每-5%。但由于實際上因為設計上變頻器的負載能力和散熱能力一般比實際使用的要大， 所以也要看具體應用。 比方說在1500m的地方，但是周期性負載，如電梯，就不必要降容。 

（2）開關頻率：變頻器的發熱主要來自于IGBT，IGBT的發熱有集中在開和關的瞬間。 因此開關頻率高時自然變頻器的發熱量就變大了。有的廠家宣稱降低開關頻率可以擴容， 就是這個道理。

4、矢量控制是怎樣使電機具有大的轉矩的？ 

（1） 轉矩提升：此功能增加變頻器的輸出電壓，以使電機的輸出轉矩和電壓的平方成正比的關系增加，從而改善電機的輸出轉矩。改善電機低速輸出轉矩不足的技術,使用"矢量控制"，可以使電機在低速,如(無速度傳感器時)1Hz（對4極電機，其轉速大約為30r/min）時的輸出轉矩可以達到電機在50Hz供電輸出的轉矩（最大約為額定轉矩的150％）。對于常規的V/F控制，電機的電壓降随着電機速度的降低而相對增加，這就導緻由于勵磁不足，而使電機不能獲得足夠的旋轉力。為了補償這個不足，變頻器中需要通過提高電壓，來補償電機速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個功能叫做"轉矩提升"（*1）。轉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，電機轉矩并不能和其電流相對應的提高。 因為電機電流包含電機産生的轉矩分量和其它分量（如勵磁分量）。"矢量控制"把電機的電流值進行分配，從而确定産生轉矩的電機電流分量和其它電流分量（如勵磁分量）的數值。"矢量控制"可以通過對電機端的電壓降的響應，進行優化補償，在不增加電流的情況下，允許電機産出大的轉矩。此功能對改善電機低速時溫升也有效。 

5、變頻器制動的有關問題

（1） 制動的概念:指電能從電機側流到變頻器側（或供電電源側）,這時電機的轉速高于同步轉速.負載的能量分為動能和勢能. 動能(由速度和重量确定其大小）随着物體的運動而累積。當動能減為零時，該事物就處在停止狀态。機械抱閘裝置的方法是用制動裝置把物體動能轉換為摩擦和能消耗掉。對于變頻器，如果輸出頻率降低，電機轉速将跟随頻率同樣降低。這時會産生制動過程. 由制動産生的功率将返回到變頻器側。這些功率可以用電阻發熱消耗。在用于提升類負載,在下降時, 能量(勢能)也要返回到變頻器(或電源)側,進行制動.這種操作方法被稱作"再生制動"，而該方法可應用于變頻器制動。在減速期間，産生的功率如果不通過熱消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到變頻器電源側的方法叫做"功率返回再生方法"。在實際中，這種應用需要"能量回饋單元"選件。 

（2）怎樣提高制動能力？ 

為了用散熱來消耗再生功率，需要在變頻器側安裝制動電阻。為了改善制動能力，不能期望靠增加變頻器的容量來解決問題。請選用"制動電阻"、"制動單元"或"功率再生變換器"等選件來改善變頻器的制動容量

6、當電機的旋轉速度改變時，其輸出轉矩會怎樣？ 

（1）： 工頻電源由電網提供的動力電源（商用電源） 

（2）： 起動電流當電機開始運轉時，變頻器的輸出電流變頻器驅動時的起動轉矩和最大轉矩要小于直接用工頻電源驅動。 

我們經常聽到下面的說法："電機在工頻電源供電時（*1）時，電機的起動和加速沖擊很大，而當使用變頻器供電時，這些沖擊就要弱一些"。如果用大的電壓和頻率起動電機，例如使用工頻電網直接供電，就會産生一個大的起動沖擊（大的起動電流 (*2) ）。而當使用變頻器時，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的，所以電機産生的轉矩要小于工頻電網供電的轉矩值。所以變頻器驅動的電機起動電流要小些。通常，電機産生的轉矩要随頻率的減小（速度降低）而減些減小的實際數據在有的變頻器手冊中會給出說明。通過使用磁通矢量控制的變頻器，将改善電機低速時轉矩的不足，甚至在低速區電機也可輸出足夠的轉矩。當變頻器調速到大于60Hz頻率時，電機的輸出轉矩将降低。通常的電機是按50Hz(60Hz)電壓設計制造的，其額定轉矩也是在這個電壓範圍内給出的。因此在額定頻率之下的調速稱為恒轉矩調速. (T=Te,P<=Pe) 變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時，電機産生的轉矩要以和頻率成反比的線性關系下降。當電機以大于60Hz頻率速度運行時，電機負載的大小必須要給予考慮，以防止電機輸出轉矩的不足。舉例，電機在100Hz時産生的轉矩大約要降低到50Hz時産生轉矩的1/2。因此在額定頻率之上的調速稱為恒功率調速(P=Ue*Ie)。

變頻器的作用是什麼？

浏覽次數：70 日期：2013年5月29日 10:52

變頻調速能夠應用在大部分的電機拖動場合，由于它能提供精确的速度控制，因此可以方便地控制機械傳動的上升、下降和變速運行。變頻應用可以大大地提高工藝的高效性(變速不依賴于機械部分)，同時可以比原來的定速運行電機更加節能。下面例舉使用變頻調速的10個理由，來說明變頻器應用日趨普及的基本認識:

(1) 控制電機的啟動電流。

當電機通過工頻直接啟動時，它将會産生7到8倍的電機額定電流。這個電流值将大大增加電機繞組的電應力并産生熱量，從而降低電機的壽命。而變頻調速則可以在零速零電壓啟動(也可适當加轉矩提升)。一旦頻率和電壓的關系建立，變頻器就可以按照V/F或矢量控制方式帶動負載進行工作。使用變頻調速能充分降低啟動電流，提高繞組承受力，用戶最直接的好處就是電機的維護成本将進一步降低、電機的壽命則相應增加。

(2) 降低電力線路電壓波動。

在電機工頻啟動時，電流劇增的同時，電壓也會大幅度波動，電壓下降的幅度将取決于啟動電機的功率大小和配電網的容量。電壓下降将會導緻同一供電網絡中的電壓敏感設備故障跳閘或工作異常，如PC機、傳感器、接近開關和接觸器等均會動作出錯。而采用變頻調速後，由于能在零頻零壓時逐步啟動，則能最大程度上消除電壓下降。

(3) 啟動時需要的功率更低。

電機功率與電流和電壓的乘積成正比, 那麼通過工頻直接啟動的電機消耗的功率将大大高于變頻啟動所需要的功率。在一些工況下其配電系統已經達到了最高極限，其直接工頻啟動電機所産生的電湧就會對同網上的其他用戶産生嚴重的影響, 從而将受到電網運行商的警告, 甚至罰款。如果采用變頻器進行電機起停, 就不會産生類似的問題。

(4) 可控的加速功能。

變頻調速能在零速啟動并按照用戶的需要進行均勻地加速，而且其加速曲線也可以選擇(直線加速、S形加速或者自動加速)。而通過工頻啟動時對電機或相連的機械部分軸或齒輪都會産生劇烈的振動。這種振動将進一步加劇機械磨損和損耗，降低機械部件和電機的壽命。另外，變頻啟動還能應用在類似灌裝線上，以防止瓶子倒翻或損壞。

(5) 可調的運行速度。

運用變頻調速能優化工藝過程，并能根據工藝過程迅速改變，還能通過遠控PLC或其他控制器來實現速度變化。

(6) 可調的轉矩極限。

通過變頻調速後，能夠設置相應的轉矩極限來保護機械不緻損壞，從而保證工藝過程的連續性和産品的可靠性。目前的變頻技術使得不僅轉矩極限可調，甚至轉矩的控制精度都能達到3％～5％左右。在工頻狀态下，電機隻能通過檢測電流值或熱保護來進行控制，而無法像在變頻控制一樣設置精确的轉矩值來動作。

(7) 受控的停止方式。

如同可控的加速一樣, 在變頻調速中, 停止方式可以受控，并且有不同的停止方式可以選擇(減速停車、自由停車、減速停車＋直流制動)，同樣它能減少對機械部件和電機的沖擊，從而使整個系統更加可靠，壽命也會相應增加。

(8) 節能

離心風機或水泵采用變頻器後都能大幅度地降低能耗，這在十幾年的工程經驗中已經得到體現。由于最終的能耗是與電機的轉速成立方比，所以采用變頻後投資回報就更快。

(9) 可逆運行控制

在變頻器控制中，要實現可逆運行控制無須額外的可逆控制裝置，隻需要改變輸出電壓的相序即可，這樣就能降低維護成本和節省安裝空間。

(10) 減少機械傳動部件

由于目前矢量控制變頻器加上同步電機就能實現高效的轉矩輸出, 從而節省齒輪箱等機械傳動部件, 最終構成直接變頻傳動系統。從而就能降低成本和空間, 提高穩定性。

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變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用将工頻電源|穩壓器變換為另一頻率的電能控制裝置。可分為交——交變頻器，交——直——交變頻器。交——交變頻器可直接把交流電變成頻率和電壓都可變的交流電；交——直——交變頻器則是先把交流電經整流器先整流成直流電，再經過逆變器把這個直流電流變成頻率和電壓都可變的交流電。

PWM是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調制)縮寫，按一定規律改變脈沖列的脈沖寬度，以調節輸出量和波形的一種調值方式。PAM是英文Pulse Amplitude Modulation(脈沖幅度調制)縮寫，是按一定規律改變脈沖列的脈沖幅度，以調節輸出量值和波形的一種調制方式。

變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是将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;電流型是将電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波石電感。

非同步電動機的轉矩是電機的磁通與轉子内流過電流之間相互作用而産生的，在額定頻率下，如果電壓一定而隻降低頻率，那麽磁通就過大，磁回路飽和，嚴重時将燒毀電機。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現象的産生。這種控制方式多用於風機、泵類節能型變頻器。

頻率下降(低速)時,如果輸出相同的功率,則電流增加,但在轉矩一定的條件下,電流幾乎不變。

采用變頻器運轉，随著電機的加速相應提高頻率和電壓，起動電流被限制在150%額定電流以下(根據機種不同，為125%-200%)。用工頻電源直接起動時，起動電流為6-7倍，因此，将産生機械電氣上的沖擊。采用變頻器傳動可以平滑地起動(起動時間變長)。起動電流為額定電流的1.2-1.5倍，起動轉矩為70%-120%額定轉矩；對於帶有轉矩自動增強功能的變頻器，起動轉矩為100%以上，可以帶全負載起動。

頻率下降時電壓V也成比例下降，這個問題已在回答4說明。V與F的比例關系是考慮了電機特性而預先決定的，通常在控制器的存儲裝置(ROM)中存有幾種特性，可以用開關或标度盤進行選擇。

頻率下降時完全成比例地降低電壓，那麽由於交流阻抗變小而直流電阻不變,将造成在低速下産生地轉矩有減小的傾向。因此，在低頻時給定V/F,要使輸出電壓提高一些,以便獲得一定地起動轉矩,這種補償稱增強起動。可以采用各種方法實現,有自動進行的方法、選擇V/F模式或調整電位器等方法。

在6Hz以下仍可輸出功率，但根據電機溫升和起動轉矩的大小等條件，最低使用頻率取6Hz左右，此時電動機可輸出額定轉矩而不會引起嚴重的發熱問題。變頻器實際輸出頻率(起動頻率)根據機種為0.5-3Hz.

通常情況下時不可以的。在60Hz以上(也有50Hz以上的模式)電壓不變，大體為恒功率特性，在高速下要求相同轉矩時，必須注意電機與變頻器容量的選擇。

給所使用的電機裝置設速度檢出器(PG)，将實際轉速反饋給控制裝置進行控制的，稱為“閉環”，不用PG運轉的就叫作“開環”。通用變頻器多為開環方式，也有的機種利用選件可進行PG反饋。

開環時，變頻器即使輸出給定頻率，電機在帶負載運行時，電機的轉速在額定轉差率的範圍内(1%-5%)變動。對於要求調速精度比較高，即使負載變動也要求在近於給定速度下運轉的場合，可采用具有PG反饋功能的變頻器(選用件)。

具有ＰＧ反饋功能的變頻器，精度有提高。但速度精度的植取決於ＰＧ本身的精度和變頻器輸出頻率的解析度。

如果給定的加速時間過短，變頻器的輸出頻率變化遠遠超過轉速(電角頻率)的變化，變頻器将因流過過電流而跳閘，運轉停止，這就叫作失速。為了防止失速使電機繼續運轉，就要檢出電流的大小進行頻率控制。當加速電流過大時适當放慢加速速率。減速時也是如此。兩者結合起來就是失速功能。

加減速可以分别給定的機種，對於短時間加速、緩慢減速場合，或者對於小型機床需要嚴格給定生産節拍時間的場合是适宜的，但對於風機傳動等場合，加減速時間都較長，加速時間和減速時間可以共同給定。

電動機在運轉中如果降低指令頻率，則電動機變為非同步發電機狀态運行，作為制動器而工作，這就叫作再生（電氣）制動。

從電機再生出來的能量貯積在變頻器的濾波電容器中，由於電容器的容量和耐壓的關系，通用變頻器的再生制動力約為額定轉矩的10%-20%。如采用選用件制動單元，可以達到50%-100%。

自控系統的設定信号可通過變頻器靈活自如地指揮頻率變化，控制工藝指标，如在煙草行業的糖料、香料工序，可由皮帶稱的流量信号來控制變頻器頻率，使泵的轉速随流量信号自動變化，調節加料量，均勻地加入香精、糖料。也可利用生産線起停信号通過正、反端子控制變頻器的起、停及正、反轉，成為自動流水線的一部分。此外在流水生産線上，當前方設備有故障時後方設備應自動停機。變頻器的緊急停止端可以實現這一功能。在SANKEN、MF、FUT和FVT系列變頻器中可以預先設定三四個甚至多達七個頻率，在有些設備上可據此設置自動生産流程。設定好工作頻率及時間後，變頻器可使電機按順序在不同的時間以不同的轉速運行，形成一個自動的生産流程。

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