变频器的工作原理

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1 变频器的工作原理

变频器分为 1 交---交型 输入是交流，输出也是交流

            将工频交流电直接转换成频率、电压均可控制的交流，又称 直接式变频器

           2 交—直---交型 输入是交流，变成直流 再变成交流输出

            将工频交流电通过整流变成直流电，然后再把直流电变成频率、电压、均可控的交流电

            又称为间接变频器。

多数情况都是交直交型的变频器。

2 变频器的组成

由主电路和控制电路组成

主电路 由整流器 中间直流环节 逆变器 组成

先看主电路原理图

 

三相工频交流电 经过VD1 ~ VD6 整流后， 正极送入到缓冲电阻RL中，RL的作用是防止电流忽然变大。经过一段时间电流趋于稳定后，晶闸管或继电器的触点会导通

短路掉缓冲电阻RL ，这时的直流电压加在了滤波电容CF1、CF2 上，这两个电容可以把脉动的直流电波形变得平滑一些。由于一个电容的耐压有限，所以把两个电容串起来用。

耐压就提高了一倍。又因为两个电容的容量不一样的话，分压会不同，所以给两个电容分别并联了一个均压电阻R1、R2 ，这样，CF1 和CF2 上的电压就一样了。

    继续往下看，HL 是主电路的电源指示灯，串联了一个限流电阻接在了正负电压之间，这样三相电源一加进来，HL就会发光，指示电源送入。

接着，直流电压加在了大功率晶体管VB的集电极与发射极之间，VB的导通由控制电路控制，VB上还串联了变频器的制动电阻RB，组成了变频器制动回路。我们知道，

由于电极的绕组是感性负载，在启动和停止的瞬间都会产生一个较大的反向电动势，这个反向电压的能量会通过续流二极管VD7~VD12使直流母线上的电压升高，这个电压

高到一定程度会击穿逆变管V1~V6 和整流管VD1~VD6。当有反向电压产生时，控制回路控制VB导通，电压就会通过VB在电阻RB释放掉。当电机较大时，还可并联外接电阻。

   一般情况下“+”端和P1端是由一个短路片短接上的，如果断开，这里可以接外加的支流电抗器，直流电抗器的作用是改善电路的功率因数。

    直流母线电压加到V1~V6 六个逆变管上，这六个大功率晶体管叫IGBT ，基极由控制电路控制。控制电路控制某三个管子的导通给电机绕组内提供电流，产生磁场使电机运转。

例如：某一时刻，V1 V2 V6 受基极控制导通，电流经U相流入电机绕组，经V W 相流入负极。下一时刻同理，只要不断的切换，就把直流电变成了交流电，供电机运转。

    为了保护IGBT，在每一个IGBT上都并联了一个续流二极管，还有一些阻容吸收回路。主要的功能是保护IGBT，有了续流二极管的回路，反向电压会从该回路加到直流母线

上，通过放电电阻释放掉。

    变频器主电路引出端子

控制电路原理图

上图就是变频器控制电路的原理示意图。上半部为主电路，下半部为控制电路。主要由控制核心CPU、输入信号、输出信号和面板操作指示信号、存储器、LSI电路组成。

外接电位器的模拟信号经模数转换将信号送入CPU，达到调速的目的。外接的开关量信号也经由与非门送入控制CPU。

变频器基础原理知识   
    1.变频器基础   
    1: VVVF 是 Variable Voltage and Variable Frequency 的缩写，意为改变电压和改变频率，也就是人们所说的变压变频。   
    2: CVCF 是 Constant Voltage and Constant Frequency 的缩写，意为恒电压、恒频率，也就是人们所说的恒压恒频。   
    我们使用的电源分为交流电源和直流电源，一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的。交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95％左右。   
    无论是用于家庭还是用于工厂，单相交流电源和三相交流电源，其电压和频率均按各国的规定有一定的标准，如我国大陆规定，直接用户单相交流电为220V，三相交流电线电压为380V，频率为50Hz，其它国家的电源电压和频率可能于我国的电压和频率不同，如有单相100V/60Hz，三相200V/60Hz等等，标准的电压和频率的交流供电电源叫工频交流电。   
    通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。   
    为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC），这个过程叫整流。   
    把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。   
    一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。   
    变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。
   
    对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器，要对波形进行整理，可以输出标准的正弦波，叫变频电源。一般变频电源是变频器价格的15－－20倍。   
    由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：变频器。   
    变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中，不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。   
    用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。   
    汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。   
    变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。   
    2. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？   
    n = 60f/p(1-s) 　 n: 电机的转速 f: 电源频率 p: 电机磁极对数 s：电机的转差率
   
    电机的转速 = 60(秒)＊频率（Hz)/电机的磁极对数 - 电机的转差率   
    电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，rpm/min也可表示为rpm    
    电机的旋转速度同频率成比例 同步电机的转差矩为0,同步电机的转速 = 60(秒)*频率(Hz)／电机的磁极对数   
    异步的转速比同步电机的转速低。   
    例如：4极三相步电机 60Hz时 低于 1,800 [r/min] 4极三相异步电机 50Hz时低于 1,500 [r/min]        本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。        感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极对数和频率。  
    由电机的工作原理决定电机的磁极对数是固定不变的。由于电机的磁极对数1个磁极对数等于2极，电机的极数不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适和改变该值来调整电机的速度。