變頻器基礎(chǔ)知識(shí)

1、變頻器基礎(chǔ)知識(shí)The manuscript was revised on the evening of 2021變頻器基礎(chǔ)知識(shí)一、變頻器的定義通常所說的變頻器，是指將頻率固定的電源（如50Hz三相交流 電）變成頻率可變的電源（如在050Hz之間隨意變換）的轉(zhuǎn)換設(shè)備。 如果原有電源的頻率為0 （即為直流電源供電），則變頻器可以省去直 流變換環(huán)節(jié)，退化成單一的逆變器（DC-AC）。二、變頻器的分類從不同的角度，可以對(duì)變頻器進(jìn)行不同的分類。1、按電壓等級(jí)不同，變頻器可分為：高壓變頻器、中壓變頻器、 低壓變頻器按照國(guó)際慣例，電壓210kV時(shí)稱高壓，1-lOkV為中壓，小于lkV 時(shí)稱低壓，與其電壓范圍

2、相對(duì)應(yīng)的變頻器分別稱為高壓變頻器、中壓 變頻器、低壓變頻器。在我國(guó)，習(xí)慣上把10KV、6kV或3kV的電機(jī)稱為高壓電機(jī)，相應(yīng) 的電壓為10KV、6kV或3kV的變頻器均稱高壓變頻器。平常所說的 “高-高”、“高-低-高”、“高-低”只是變頻器的不同應(yīng)用形式。2、按主回路結(jié)構(gòu)不同，變頻器可分為：交-直-交變頻器，交-交 變頻器。整流回路（可挖或不控逆變電路交-直-交變頻器1）交-直-交變頻器先將電網(wǎng)交流電用整流電路整成直流電，再用 逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換為頻率可變的交流電。整流電路、直流回路、 逆變電路是交-直-交變頻器的三個(gè)基本組成部分。整流電路可以是不控的（二極管全波整流）、也可以是可控的，

3、如果是可控整流，則它也能工作在逆變狀態(tài)，將直流回路的能量逆變 回電網(wǎng)。逆變電路肯定是可控的，主要功能是將直流回路電能變成交流電 輸出給電機(jī)。如果電機(jī)工作在發(fā)電工況時(shí)（比如制動(dòng)場(chǎng)合），逆變電 路工作在整流狀態(tài)，將電機(jī)的能量送到直流回路。交-交變頻器亠工卞壬亠丁2）交-交變頻器沒有直流回路，每相都由兩個(gè)相互反并聯(lián)的整流 電路組成，正橋提供正向相電流，反橋提供負(fù)向相電流。3、按儲(chǔ)能方式不同，變頻器可分為：電流源型、電壓源型。相交流T T T T -/、宀 / = 丿7 7T T T T T T電流源型變頻器1）電流源型：電流源變頻器輸入采用可控整流，控制電流的大小。中間采用大 電感，對(duì)電流進(jìn)行平滑。

4、逆變橋?qū)⒅绷麟娏鬓D(zhuǎn)換為頻率可變的交流電 流，供給交流電機(jī)。在電流源變頻器中，直接受控量是電流。整流橋 控制電流大小，逆變橋控制電流頻率，電機(jī)側(cè)得到的是幅值和頻率可 變的方波電流。特點(diǎn)：電流源變頻器具有很好的抗過流能力，甚至負(fù)載短路都 不會(huì)導(dǎo)致變頻器損壞。由于整流橋輸出電壓可以為負(fù)，從而進(jìn)入逆 變狀態(tài)工作，實(shí)現(xiàn)能量由變頻器向電網(wǎng)的回饋，可用于頻繁正反轉(zhuǎn)或 需要制動(dòng)的場(chǎng)合。缺點(diǎn)：其網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)不高，電流諧波較大。2）電壓源型：丄丄丄占占占 .交流3相t t T50Hz一 字/丄丄丄上占T|h "T 丁 丁丨 尸尸尸電壓源變頻器輸入一般不控，大多采用二極管進(jìn)行全波整流。中 間采用大電容濾波

5、，對(duì)電壓進(jìn)行平滑。逆變橋采用PWM控制技術(shù)，既 控制電壓輸出波形中交流基波的幅值大小，也控制交流基波電壓的頻 率。在電壓源變頻器中，直流回路的電壓大小基本是不變的。逆變橋 直接對(duì)直流電壓進(jìn)行PWM控制，不直接控制電流。電機(jī)側(cè)得到的是幅 值恒定、占空比和頻率可變的方波電壓。電機(jī)的電流實(shí)際上是其在變 頻器輸出電壓控制下運(yùn)行所產(chǎn)生的，為正弦波。優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)較高，并且不隨輸出頻率而變。缺點(diǎn)：由于整流橋不控，輸出電壓和電流的方向均確定不變，不 能實(shí)現(xiàn)能量回饋。不適用于頻繁正反轉(zhuǎn)或需要制動(dòng)的場(chǎng)合。4、按電平數(shù)不同，變頻器可分為：兩電平、三電平、多電平1）兩電平變頻器典型電路結(jié)構(gòu)及輸出波形如下：兀K兀

6、1懺恬恬亞a兀t畢背*I 2D2）三電平PWM電壓型變頻器采用12只可關(guān)斷功率器件（IGCT或 高壓IGBT）,與箝位二極管構(gòu)成帶中性點(diǎn)的逆變電路（NPC）。與二電 平PWM變頻器相比，輸出電壓的電平數(shù)增加，易于實(shí)現(xiàn)諧波的相互補(bǔ) 償，輸出波形有所改善。三電平變頻器典型電路結(jié)構(gòu)及輸出波形如 下：3）當(dāng)輸岀電壓大于6-10kv時(shí)，一般采用多電平電路型式 （CMSL）,它是由若干個(gè)低壓PWM變頻功率單元，以輸出電壓串聯(lián)方 式（功率單元為三相輸入、單相輸出）來實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出的方法。5、按控制方式不同，變頻器可分為：壓頻比控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制1）壓頻比控制交流電機(jī)成立以下電磁關(guān)系式：E二式中：

7、E-電機(jī)電動(dòng)勢(shì)，f-定子頻率，W-繞組系數(shù)，-氣隙主磁 通。對(duì)異步機(jī)調(diào)速時(shí)，希望主磁通恒定（太小，鐵磁材料利用不 充分，同樣電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩小。太大，由于鐵磁材料的飽和特性， 定子電流中激磁電流分量加大，同樣電流負(fù)荷情況下，相應(yīng)轉(zhuǎn)矩電流 分量將減小，電機(jī)負(fù)載能力也下降）。由式中看出，只要保持E/f為 常數(shù)，就基木恒定。同樣電流情況下，就能產(chǎn)生相同的轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn) 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。壓頻比控制屬于標(biāo)量控制（只控制大小，不控制方向），性能一 般，但不依賴電機(jī)參數(shù)，適合于多電機(jī)傳動(dòng)。2）矢量控制：把交流電機(jī)模擬成直流電機(jī)進(jìn)行控制，它是以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向，采用 矢量變換的方法實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和磁鏈控制的完全解耦。

8、矢量控制技術(shù)調(diào)速精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，在 高速和低速都有比較好的控制性能。矢量控制技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)觀測(cè)的準(zhǔn)確性受電機(jī)參數(shù)影響較大，需 要輸入準(zhǔn)確的電機(jī)參數(shù)，不太適合一臺(tái)變頻器控制多臺(tái)電機(jī)的情形。3）直接轉(zhuǎn)矩控制直接在電機(jī)定子坐標(biāo)系下分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，采用定子磁場(chǎng)定 向，直接控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。直接轉(zhuǎn)矩控制受電機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)影響較小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，在電機(jī) 加、減速或負(fù)載突變的動(dòng)態(tài)過程中，可獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，控制算 法和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但低速性能比矢量控制略差。三、變頻器功用目前，除一些為特殊用途設(shè)計(jì)的特殊變頻器（比如：幾百赫茲的中 頻變頻器，用于中頻感應(yīng)加熱爐）外，常規(guī)變頻器最常見

9、的用途還是用 于交流電機(jī)的調(diào)速。按照電機(jī)學(xué)的基本原理，交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速滿 足如下的關(guān)系式：W =字（1_巧=卅0（1_巧式中：n -電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速no 電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速P -電機(jī)的極對(duì)數(shù)f 電機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行頻率s -電機(jī)的滑差從式中看出，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n。正比于電機(jī)的運(yùn)行頻率（no=6Of/p）,由于滑差s般情況下比較?。∣s）,電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速 n約等于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速皿 所以調(diào)節(jié)了電機(jī)的供電頻率f,就能改變 電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。四、變頻器的應(yīng)用范圍目前，變頻調(diào)速技術(shù)己應(yīng)用到在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域，電力工業(yè)：鍋爐給水泵、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、凝結(jié)泵 等。五、變頻器啟動(dòng)操作1、操作及其注意事項(xiàng)1）

10、檢查所有的線路連接情況；2）送電前，拆掉所有接地保護(hù)線；3）關(guān)好并鎖上變頻器的柜門，方可合上隔離刀閘；4）最后合上斷路器。2、啟動(dòng)操作1）如果變頻器處于斷電狀態(tài)，啟動(dòng)時(shí)應(yīng)先加上控制電源；2）變頻器自檢正常后，給出“高壓合閘允許”信號(hào)，方可給變頻 器送高壓電。3）如果現(xiàn)場(chǎng)高壓開關(guān)或控制系統(tǒng)沒有得到變頻器提供的“高壓合 閘允許”信號(hào)，請(qǐng)確認(rèn)變頻器控制電源是否加上，變頻器本身是否處 于故障狀態(tài)；4）隔離開關(guān)處在變頻位置時(shí)，用戶高壓真空開關(guān)合閘只相當(dāng)于給 變頻器送電，電機(jī)并不啟動(dòng)，需要啟動(dòng)電機(jī)，還必須給變頻器發(fā)啟動(dòng) 指令。這一點(diǎn)和用戶原來的操作習(xí)慣有所區(qū)別；5）變頻器啟動(dòng)前，風(fēng)機(jī)擋板（水泵岀口閥門）最

11、好處于關(guān)閉位置。并確認(rèn)電機(jī)沒有因?yàn)槠渌L(fēng)機(jī)（水泵）的運(yùn)行而反轉(zhuǎn)，否則容易引起 變頻器啟動(dòng)時(shí)過流。6）電機(jī)需要啟動(dòng)時(shí)，如果電機(jī)剛停機(jī)不久，應(yīng)確認(rèn)電機(jī)己經(jīng)完全 停轉(zhuǎn)，否則容易引起變頻器啟動(dòng)時(shí)單元過電壓或者變頻器過電流。7）現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)只有在得到變頻器的“變頻器就緒”信號(hào)后，才 能給變頻器發(fā)啟動(dòng)指令，正常啟動(dòng)變頻器；8）給變頻器的啟動(dòng)指令必須在高壓合閘6秒后發(fā)出，持續(xù)時(shí)間應(yīng)不 小于3秒。9）變頻器啟動(dòng)后，必須提供合適的轉(zhuǎn)速給定。如果轉(zhuǎn)速給定為0, 變頻器雖然啟動(dòng)，電機(jī)仍然不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。10）在閉環(huán)運(yùn)行的情況下，如果給定值不合理，電機(jī)也可能運(yùn)行在 非用戶期望的狀態(tài)下；11）電機(jī)通過變頻器啟動(dòng)，對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵、電機(jī)、開關(guān)及電網(wǎng)的沖 擊都很小，只要滿足以上條件，啟動(dòng)次數(shù)及時(shí)間間隔沒有限制。12）工頻旁路情況下，要啟動(dòng)電機(jī)，直接將高壓真空開關(guān)合閘即 可。六、我廠變頻器存在問題1、環(huán)境差，腐蝕性氣體、粉塵大。對(duì)變頻器設(shè)備存在較大安全隱 患，腐蝕性氣體對(duì)變頻器開關(guān)腐蝕影響：開關(guān)觸頭觸指上彈簧腐蝕， 造成彈簧斷裂，在運(yùn)行中開關(guān)觸頭觸指上彈簧斷裂，會(huì)使得接觸不良 發(fā)生接地從而發(fā)展成為相間故障；對(duì)開關(guān)二次部分腐蝕，造成開關(guān)分 合閘回路不好，開關(guān)不能分合閘；對(duì)變頻器功率模塊電路板造成損 壞，變頻器不能運(yùn)行。粉塵大主要是對(duì)變頻器電