变频器工作原理

任永恒

摘要：随着石油行业的快速发展，钻井设备的更新。变频技术的应用，把我这几年对使用电动动设备的认识作下总结。

关键词：基本概念；原理；使用

1、基本概念

（1）VVVF改变电压、改变频率

（2）CVCP恒电压、恒频率

各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz）。为了产生可变的电压和频率，首先要把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC），我们把实现这种转换的装置称为“变频器”（inverter）。

变频器也可用于家电产品，（例如空调等），用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。

2.电机的旋转速度为什么能够自由地改变

（1）r/min电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm。例如：4极电机60Hz1800（r/min），4极电机50Hz1500（r/min），电机的旋转速度同频率成比例。n=60f/p，n：同步速度，f：电源频率，P：电机极数，改变频率和电压是最优的电机控制方法。如果仅改变频率，电机将被烧坏。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压，例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。

3.关于教热的网题

如果要正确的使用变频器，必须认真地考虑散热的问题。变频器的故障率随温度升高而成指数的上升，使用寿命随温度升高而呈指数的下降。在变频器工作时，流过变频器的电流是很大的，变频器产生的热量也是非常大的，不能忽视其发热所产生的影响。

通常，变频器安装在控制柜中。我们要了解一台变频器的发热量大概是多少，可以用以下公式估算：发热量的近似值=变频器容量（KW）×55[W]在这里，如果变频器容量是以恒转矩负载为准的（过流能力150%*60s）如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器，并且也在柜子里面，这是发热量会更大一些.电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。这时可以用估算：变频器容量（KW）×60[W]因为各变频器厂的硬件都差不多，所以上式可以针对各种品牌的产品。注意：如果有制动电阻的话，因为制动电阻的散热量很大，因此最好安装位置最好和变频器隔离开，如装在柜子上面或旁边等。那么怎样才能降低控制柜内的发热量呢？当变频器安装在控制柜中时，要考虑变频器发热值的问题。根据机柜内产生热量值的增加，要适当的地增加机柜的尺寸。因此要是控制机柜的尺寸尽量减小，就必须要是机柜中产生的热量值尽可能的减少。如果在变频器安装时，把变频器的散热器不问放到控制机柜的外面将会使变频器由70%的发热量释放到控制机柜的外面。由于大容量变频器由很大的发热量，所以对大容量变频器更加有效。还可以用隔离半把本体和散热器隔开，式散热器的散热不影响到变频器本体。这样效果也很好。变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的，横着放散热会变差，一般功率进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。

另外，散热问题还要注意以下两个问题：

（1）在海拔高于1000m的地方，因为空气密度降低，因此应加大柜子的冷却风量以改善冷却效果。理论上变颓器也应考虑降容，1000m每-5%。但由于实际上因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大，所以也要看具体应用。比方说在1500m的地方，但是周期性负载，如电梯，就不必要降容。（2）开关频率：变频器的发热主要来自于IGBT. IGBT的发热有集中在开和关的瞬间。因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。有的厂家宜格降低开关频率可以扩容，就是这个道理，

4、矢量控制是怎样使电机具有大的转矩的？

（1）转矩提升；此功能增加变频器的输出电压，以使点击的输出转矩和电压的平方成正比的关系增加，从而改善电机的输出转矩。改善点击低速输出转矩不足的技术，使用“矢量控制”，可以使电机在低速，如（无转速传感器时）1Hz时的输出转矩可以到到点击在50Hz供电输出的转矩（最大约为额定转矩的150%）。对于常规的V/F控制电机的电压降随着电机速度的降低而相對增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足，变频器需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压下降。变频器的这个功能叫做“转矩提升”，“失量控制”可以通过电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。此功能对改善电机低速时温升也有效。

5、变频器制动的有关问题

（1）制动的概念：指电能从电机侧流到变频器侧（或供电电源侧），这时电机的转速高于同步转速，负载的能量分为动能和势能，动能（由速度和重量响定其大小）随着物体的运动而累积，当动能减为零时，该事物就处于停止状态。机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。对于变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低。这时会产生制动过程。由制动产生的功率将返回到变频器侧。这些功率可以用电阻发热消耗。在用于提升类负载，在下降时，能量（势能）也要返回到变频器（或电源）侧进行制动，这种操作方法被称作“再生制动”，而该方法可应用于变顿器制动，在减速期间，产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到变频器电源侧的方法叫做“功率返回再生方法”。在实际中，这种应用需要”能量回馈单元“选件.

（2）怎样提高制动能力？

为了用散热来消耗再生功率，需要在变频器侧安装制动电阻，为了改善制动能力，不能期望靠增加变频器的容量来解决间题。请选用”制动电阻”、“制动单元”或”功率再生变换器“等选件来改善变频器的制动效果。

我们经常听到下面的说法： “电机在工频电源供电时时，电机的起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些”。 如果用大的电压和频率起动电机例如使用工频电网直接供电，就会产生一个大的起动冲击，而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机产生的转矩要小于工频电网供电的转矩值。所以变频器驱动的电机起动电流要小些。通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减些，减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。当变频器调速到大于60Hz频率时，电机的输出转矩将降低。通常的电机是按50Hz（60Hz）电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速变频器输出频率大于50Hz频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。当电机以大于60Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。