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变频器是什么

 共同成长888 2015-09-04
    在工业生产领域,交流三相电动机是唱主角的,为生产过程提供源源不断的强大动力。电动机的转速取决于电动机定子绕组的连接方式(定子磁极对数)和电源频率。我国的工频电源的频率50Hz,电压是三相380V。在电动机的定子磁极对数固定不变的情况下,电动机运转的速度被电源频率“束缚”住,只能有一个固定转速。
    在变频器出现以前,若实现对电动机的调速运行,所采用的方法,不外乎从电动机和机械两方面采取相关措施:①用传输带传输转矩的装置,用更换电动机轴端的主动轮和负载端从动轮的轮径的方法,来改变转速,负载只能运行于某一固定速度;②与此相仿,用变速箱(调整传动比)实现机械有级调速,有数个速度挡位;③能实现平滑无级调速的是滑差调速控制方式,通过调整原动机与从动机的电磁转矩实现无级调速,但缺点是存在较大的力矩传递损失,效率不高,低频时性能变差。以上都是从电动机以外采用措施调速的方法。若从电动机本身出发,可利用改变电动机的极对数,即改变电动机绕组接法的方法,来实现有级调速。电动机的结构较为特殊,需要较多的引出线,需与外部控制电路配合,完成极对数切换,切换级数受限,外接控制设备复杂。
    应该说,是调速的需要导政了变频器的出现,如果电动机供电电源的频率是可以变化的,并且变化范围足够大,那么电动机的转速限制将被解除;只要是机械特性允许,就可使电动机“自由运转”于任意速度下,有人说,是变频器“解放”了电动机的运行速度。相对于工频电源来说,变频器是一个变频电源,其工作方式被称为VVV/F工作方式。事实上,为保证任意速度下的恒转矩特性,要求主磁通为一恒定值(避免产生磁饱和现象),在频率改变的同时,需要同步改变输出电压。因而变频器是一个既变频又变压的设备。其输出频率与电压,基本上也成一个对应的线性关系,如输出频率0~50Hz,输出线性电压也为0~380V。当频率为25Hz时,输出电压为190V左右。变频器的U/f输出特性,可据负载特性进行设置,为保证低速时的转矩能力,变频器通常还有转矩提升功能。
    用变频器来控制电动机,首先是利用是其平滑无级(宽范围)的调速性能,同时带来了两个“副产品”:
    1)节能运行。基频50Hz以下运行时,运行电压(电流)减小,有功功率降低,节能效果明显。
    2)优良的软起动性能。比之传统的星/角降压起动、自耦变压器降压起动、晶闸管降压起动方式,变频起动可称为理想的“终极性”的起动模式,前者仅仅是降压起动,起动期间由于巨大转差率的存在,仍会形成数倍于电动机额定电流的起动电流;后者不仅降压,而且降频,起动期间电动机的转差率也能较好地维持于5%以内,能真正地将满载起动电流值限制于额定电流以内。
    一般厂家的变频器产品,通常分为三大系列,即风机/水泵专用型(定义为P型机)、通用型(定义为G型机)和矢量型(高转矩机),有的分类法将矢量型也并入通用型机。风机/水泵专用型变频器,适用于二次方递减转矩型负载,抗过载能力稍差;通用型变频器,适用于恒转矩负载,有较强的抗过载能力;矢量型变频器,有较强的适应负载的能力,能使交流电动机取得类似直流电动机一样的驱动效果。三种机型,从维修的角度看,控制电路的硬件电路结构其实是一样的,区别只是在软件控制和过载能力的大小上。后二者机型,在选用功率输出模块(逆变模块)上,要大一个功率级别,如5.5kW通用机型,其实又是7.5kW风机/水泵专用机型。
    检修中,不必费心去考虑什么机型和哪家的产品,其整机硬件电路都是相似或相同的。下面来看一下变频器的整机电路构成。

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