????? 本文詳細(xì)介紹了變頻器的工作原理及控制方法。
?????? 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”。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（DC）。然后再把直流電 （DC）變換為三相或單相交流電（AC），我們把實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的裝置稱為“變頻器”（inverter）。?

? ? 變頻器也可用于家電產(chǎn)品。使用變頻器的家電產(chǎn)品中不僅有電機(jī)（例如空調(diào)等），還有熒光燈等產(chǎn)品。用于電機(jī)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(diào)節(jié)電源供電的頻率。汽車上使用的由電池（直流電）產(chǎn)生交流電的設(shè)備也以“inverter”的名稱進(jìn)行出售。變頻器的工作原 理被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。例如計(jì)算機(jī)電源的供電，在該項(xiàng)應(yīng)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。?

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????? 2.?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：4極電機(jī)?60Hz?1,800?[r/min]，4極電機(jī)?50Hz?1,500?[r/min]，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例。?

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????? 本 文中所指的電機(jī)為感應(yīng)式交流電機(jī)，在工業(yè)領(lǐng)域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)（以后簡稱為電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)速度近似地取決于電機(jī)的極數(shù)和頻 率。電機(jī)的極數(shù)是固定不變的。由于極數(shù)值不是一個連續(xù)的數(shù)值（為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2，4，6），所以不適合改變極對數(shù)來調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。另外，頻率是 電機(jī)供電電源的電信號，所以該值能夠在電機(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)極數(shù)，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，電機(jī)將被燒壞。特別是當(dāng)頻率降低時，該問題就非常突 出。為了防止電機(jī)燒毀事故的發(fā)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(jī)的旋轉(zhuǎn)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(jī)的旋轉(zhuǎn)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。?

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????? 3、關(guān)于散熱的問題?

? ?? 如 果要正確的使用變頻器,?必須認(rèn)真地考慮散熱的問題。變頻器的故障率隨溫度升高而成指數(shù)的上升。使用壽命隨溫度升高而成指數(shù)的下降。環(huán)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,?變頻器產(chǎn)生的熱量也是非常大的，不能忽視其發(fā)熱所產(chǎn)生的 影響。?

? ?? 通常，變頻器安裝在控制柜中。我們要了解一臺變頻器的發(fā)熱量大概是多少，可以用以下公式估算：?發(fā)熱量的近似值＝?變頻器容量（KW）×55?[W]在這里,?如果變頻器容量是以恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為準(zhǔn)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,?并且也在柜子里面,?這時發(fā)熱量會更大一些。?電抗器安裝在變頻器側(cè)面或測上方比較好。這時可以用估算:?變頻器容量 （KW）×60?[W]因?yàn)楦髯冾l器廠家的硬件都差不多,?所以上式可以針對各品牌的產(chǎn)品.?注意：?如果有制動電阻的話，因?yàn)橹苿与娮璧纳崃亢?大，?因此最好安裝位置最好和變頻器隔離開，?如裝在柜子上面或旁邊等。那么,?怎樣采能降低控制柜內(nèi)的發(fā)熱量呢??當(dāng)變頻器安裝在控制機(jī)柜中時，要考慮 變頻器發(fā)熱值的問題。根據(jù)機(jī)柜內(nèi)產(chǎn)生熱量值的增加，要適當(dāng)?shù)卦黾訖C(jī)柜的尺寸。因此，要使控制機(jī)柜的尺寸盡量減小，就必須要使機(jī)柜中產(chǎn)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(jī)柜的外面，將會使變頻器有70％的發(fā)熱量釋放到控制機(jī)柜的外面。由于大容量變頻器有很大的發(fā)熱 量，所以對大容量變頻器更加有效。還可以用隔離板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(shè)計(jì)中都是以垂直 安裝為基礎(chǔ)的，橫著放散熱會變差的!?關(guān)于冷卻風(fēng)扇一般功率稍微大一點(diǎn)的變頻器，?都帶有冷卻風(fēng)扇。同時，也建議在控制柜上出風(fēng)口安裝冷卻風(fēng)扇。進(jìn)風(fēng)口要 加濾網(wǎng)以防止灰塵進(jìn)入控制柜。?注意控制柜和變頻器上的風(fēng)扇都是要的，不能誰替代誰。

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????? 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?yàn)榭諝饷芏冉档停虼藨?yīng)加大柜子的冷卻風(fēng)量以改善冷卻效果。理論上變頻器也應(yīng)考慮降容，1000m每-5%。但由于實(shí)際上 因?yàn)樵O(shè)計(jì)上變頻器的負(fù)載能力和散熱能力一般比實(shí)際使用的要大，?所以也要看具體應(yīng)用。?比方說在1500m的地方，但是周期性負(fù)載，如電梯，就不必要降 容。?

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

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????? 4、矢量控制是怎樣使電機(jī)具有大的轉(zhuǎn)矩的？?

????? （1）?轉(zhuǎn)矩提升：此功能增加變頻器的輸出電壓，以使電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比的關(guān)系增加，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(無速度傳感器時)1Hz（對 4極電機(jī)，其轉(zhuǎn)速大約為30r/min）時的輸出轉(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)速度的降低而相對增加，這就導(dǎo)致由于勵磁不足，而使電機(jī)不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力。為了補(bǔ)償這個不足，變頻器中需要通過提高電壓，來補(bǔ)償電機(jī) 速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個功能叫做"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（如勵磁分量）的數(shù)值。"矢量控制"可以通過對電機(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 功能對改善電機(jī)低速時溫升也有效。?

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????? 5、變頻器制動的有關(guān)問題?

????? （1）?制 動的概念:指電能從電機(jī)側(cè)流到變頻器側(cè)（或供電電源側(cè)）,這時電機(jī)的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速.負(fù)載的能量分為動能和勢能.?動能(由速度和重量確定其大?。╇S著 物體的運(yùn)動而累積。當(dāng)動能減為零時，該事物就處在停止?fàn)顟B(tài)。機(jī)械抱閘裝置的方法是用制動裝置把物體動能轉(zhuǎn)換為摩擦和能消耗掉。對于變頻器，如果輸出頻率降 低，電機(jī)轉(zhuǎn)速將跟隨頻率同樣降低。這時會產(chǎn)生制動過程.?由制動產(chǎn)生的功率將返回到變頻器側(cè)。這些功率可以用電阻發(fā)熱消耗。在用于提升類負(fù)載,在下降 時,?能量(勢能)也要返回到變頻器(或電源)側(cè),進(jìn)行制動.這種操作方法被稱作"再生制動"，而該方法可應(yīng)用于變頻器制動。在減速期間，產(chǎn)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(cè)的方法叫做"功率返回再生方法"。在實(shí)際中，這種應(yīng)用需要"能量回饋單元"選件。?

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????? （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(cè)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?

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????? 6、當(dāng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度改變時，其輸出轉(zhuǎn)矩會怎樣？?

????? （1）：?工頻電源由電網(wǎng)提供的動力電源（商用電源）?

????? （2）：?起動電流當(dāng)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時，變頻器的輸出電流變頻器驅(qū)動時的起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動。?

????? 我們經(jīng)常聽到下面的說法："電機(jī)在工頻電源供電時（*1）時，電機(jī)的起動和加速沖擊很大，而當(dāng)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(jī)，例如使用工頻電網(wǎng)直接供電，就會產(chǎn)生一個大的起動沖擊（大的起動電流?(*2)?）。而當(dāng)使用變頻器時，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)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要小于工頻電網(wǎng)供電的轉(zhuǎn)矩值。所以變頻器驅(qū)動的電機(jī)起動電流要小些。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 些?減小的實(shí)際數(shù)據(jù)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，將改善電機(jī)低速時轉(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。當(dāng) 變頻器調(diào)速到大于60Hz頻率時，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低。通常的電機(jī)是按50Hz(60Hz)電壓設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個電壓范圍內(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，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60Hz頻率速度運(yùn)行時，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時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低 到50Hz時產(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)。

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