變頻器的工作原理

時間 2021-08-30 10:02:53

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變頻器作用及工作原理

變頻器是把工頻電源(50hz或60hz)變換成各種頻率的交流電源,以實現電機的變速執行的裝置,其中控制電路完成對主電路的控制,整流電路將交流電變換成直流電,直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波,逆變電路將直流電再逆成交流電。對於如向量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說,有時還需要一個進行轉矩計算的cpu以及一些相應的電路。變頻調速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調速的目的。

變頻器作用變頻器的直接作用:

1、通過改變電動機的電壓和頻率,使電機的速度可以無極調節。

2、軟啟動節能,功率因數補償節能。

變頻器的間接作用:

1、節能(節電)。風機、泵類等裝置傳統的調速方法是通過調節入口或出口的擋板、閥門開度來調節給風量和給水量,其輸入功率大,且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當使用變頻調速時,如果流量要求減小,通過降低泵或風機的轉速即可滿足要求,降低電耗。

2、提高生產裝置自動化程度。當前有很多品牌的變頻器。

變頻器接線圖

變頻器工作原理主電路是給非同步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分,變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器,直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器,其直流回路濾波是電感。

它由三部分構成:將工頻電源變換為直流功率的整流器、吸收在變流器和逆變器產生的電壓脈動的平波迴路、

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變頻器工作原理:由於交流電機不能用改變電壓來實現調速。交流電機必須用改變頻率來實現調速。變頻器是可調頻率的裝置,用可調頻率來改變交流電機的速度。

變頻器(1)將工頻交流電源通過整流器變成直流電源。(2)把整流電源通過慮波裝置變成平滑的直流電源(3)制動電路,變頻器帶動的電機或其他感性負載在停機的時候,一般都是採用能耗制動的方式來實現的,就是把停止後電機的動能和線圈裡面的磁能都通過一個別的耗能元件消耗掉,從而實現快速停車。(4)逆變電路,逆變電路將直流電源變成可控的脈衝電源。

這裡採用六反相器cd4069構成方波訊號發生器。電路中r1是補償電阻,用於改善由於電源電壓的變化而引起的振盪頻率不穩。電路的振盪是通過電容c1充放電完成的。

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變頻器的輸出頻率與電壓成比例變化。例如:380v變頻器,最高頻率為50hz,0hz對應0v,50hz對應380v。

電流與負載有關係,與輸出頻率或電壓沒有直接的關係。

變頻器工作原理

主電路是給非同步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分,變頻器的主電路大體上可分為兩類[1]:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器,直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器,其直流回路濾波是電感。

它由三部分構成,將工頻電源變換為直流功率的“整流器”,吸收在變流器和逆變器產生的電壓脈動的“平波迴路”,以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。

(1)整流器:最近大量使用的是二極體的變流器,它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組電晶體變流器構成可逆變流器,由於其功率方向可逆,可以進行再生運轉。

(2)平波迴路:在整流器整流後的直流電壓中,含有電源6倍頻率的脈動電壓,此外逆變器產生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動,採用電感和電容吸收脈動電壓(電流)。

裝置容量小時,如果電源和主電路構成器件有餘量,可以省去電感採用簡單的平波迴路。

(3)逆變器:同整流器相反,逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率,以所確定的時間使6個開關器件導通、關斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為例示出開關時間和電壓波形。

控制電路是給非同步電動機供電(電壓、頻率可調)的主電路提供控制訊號的迴路,它有頻率、電壓的“運算電路”,主電路的“電壓、電流檢測電路”,電動機的“速度檢測電路”,將運算電路的控制訊號進行放大的“驅動電路”,以及逆變器和電動機的“保護電路”組成。

(1)運算電路:將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓訊號進行比較運算,決定逆變器的輸出電壓、頻率。

(2)電壓、電流檢測電路:與主迴路電位隔離檢測電壓、電流等。

(3)驅動電路:驅動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導通、關斷。

(4)速度檢測電路:以裝在非同步電動機軸機上的速度檢測器(tg、plg等)的訊號為速度訊號,送入運算迴路,根據指令和運算可使電動機按指令速度運轉。

(5)保護電路:檢測主電路的電壓、電流等,當發生過載或過電壓等異常時,為了防止逆變器和非同步電動機損壞,使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。

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開啟變頻器你會發現裡面有以下元件:逆變模組、整流模組、整流橋、控制板、驅動板、主迴路板、電源板、分線板、制動電阻、電解電容器、金屬膜電容器、電阻器、繼電器、接觸器、快速熔斷器、rs485介面、rs232介面、電流感測器、散熱風機、散熱器、充電電阻、光耦、溫控開關、電源厚膜元件、頻率厚膜元件、缺相厚膜元件、快速三極體、主迴路端子排、控制迴路端子排、接線端子、充電指示燈、壓敏電阻等。變頻器在維修中經常要用到上述配件。

除此之外,外部部件還有:制動單元、輸入電抗器、輸出電抗器、直流電抗器、標準鍵盤、遠控鍵盤、遠控電源、遠控電纜、自動控制專用介面板、rs232/rs485匯流排介面卡、rs232匯流排分配器、rs232匯流排電纜、rs485通訊電纜、機殼、機箱、機櫃、變頻器說明書等。

變頻器原理介紹

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現在使用的變頻器主要採用交—直—交方式(vvvf變頻或向量控制變頻),先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源,然後再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環節、逆變和控制4個部分組成。

整流部分為三相橋式不可控整流器,逆變部分為igbt三相橋式逆變器,且輸出為pwm波形,中間直流環節為濾波、直流儲能和緩衝無功功率。

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變頻器是將工頻電源轉換成任意頻率、任意電壓交流電源的一種電氣裝置,變頻器的使用主要是調整電機的功率、實現電機的變速執行。變頻器的組成主要包括控制電路和主電路兩個部分,其中主電路還包括整流器和逆變器等部件。

變頻器的工作原理是通過控制電路來控制主電路,主電路中的整流器將交流電轉變為直流電,直流中間電路將直流電進行平滑濾波,逆變器最後將直流電再轉換為所需頻率和電壓的交流電,部分變頻器還會在電路內加入cpu等部件,來進行必要的轉矩運算。

變頻器的誕生源於交流電機對無級調速的需求,隨著閘流體、靜電感應電晶體、耐高壓絕緣柵雙極型閘流體等部件的出現,電氣技術有了日新月異的變化,變頻器調速技術也隨之發展,特別脈寬調製變壓變頻調速技術更是讓變頻器登上了新的臺階。

變頻器的工頻電源一般是50hz或60hz,無論是在家用領域或生產領域,工頻電源的頻率和電壓都是恆定不變的。以工頻電源工作的電機在調速時可能會造成功率的下降,而通過變頻器的調整,電機在調速時就可以減少功率損失。

變頻器的種類繁多,按照變頻器的用途不同可以分為通用變頻器、高效能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等;按照變頻器工作原理分類可分為v/f控制變頻器、轉差頻率控制變頻器和向量控制變頻器等。

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目前,通用型變頻器絕大多數是交—直—交型變頻器,通常尤以電壓器變頻器為通用,其主迴路圖(見圖1.1),它是變頻器的核心電路,由整流回路(交—直交換),直流濾波電路(能耗電路)及逆變電路(直—交變換)組成,當然還包括有限流電路、制動電路、控制電路等組成部分。

1)整流電路

如圖1.2所示,通用變頻器的整流電路是由三相橋式整流橋組成。它的功能是將工頻電源進行整流,經中間直流環節平波後為逆變電路和控制電路提供所需的直流電源。

三相交流電源一般需經過吸收電容和壓敏電阻網路引入整流橋的輸入端。網路的作用,是吸收交流電網的高頻諧波訊號和浪湧過電壓,從而避免由此而損壞變頻器。當電源電壓為三相380v時,整流器件的最大反向電壓一般為1200—1600v,最大整流電流為變頻器額定電流的兩倍。

2)濾波電路

逆變器的負載屬感性負載的非同步電動機,無論非同步電動機處於電動或發電狀態,在直流濾波電路和非同步電動機之間,總會有無功功率的交換,這種無功能量要靠直流中間電路的儲能元件來緩衝。同時,三相整流橋輸出的電壓和電流屬直流脈衝電壓和電流。為了減小直流電壓和電流的波動,直流濾波電路起到對整流電路的輸出進行濾波的作用。

通用變頻器直流濾波電路的大容量鋁電解電容,通常是由若干個電容器串聯和並聯構成電容器組,以得到所需的耐壓值和容量。另外,因為電解電容器容量有較大的離散性,這將使它們隨的電壓不相等。因此,電容器要各並聯一個阻值等相的勻壓電阻,消除離散性的影響,因而電容的壽命則會嚴重製約變頻器的壽命。

3)逆變電路

逆變電路的作用是在控制電路的作用下,將直流電路輸出的直流電源轉換成頻率和電壓都可以任意調節的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出,所以逆變電路是變頻器的核心電路之一,起著非常重要的作用。

最常見的逆變電路結構形式是利用六個功率開關器件(gtr、igbt、gto等)組成的三相橋式逆變電路,有規律的控制逆變器中功率開關器件的導通與關斷,可以得到任意頻率的三相交流輸出。

通常的中小容量的變頻器主迴路器件一般採用整合模組或智慧模組。智慧模組的內部高度整合了整流模組、逆變模組、各種感測器、保護電路及驅動電路。如三菱公司生產的ipmpm50rsa120,富士公司生產的7mbp50ra060,西門子公司生產的bsm50gd120等,內部整合了整流模組、功率因數校正電路、igbt逆變模組及各種檢測保護功能。

模組的典型開關頻率為20khz,保護功能為欠電壓、過電壓和過熱故障時輸出故障訊號燈。

逆變電路中都設定有續流電路。續流電路的功能是當頻率下降時,非同步電動機的同步轉速也隨之下降。為非同步電動機的再生電能反饋至直流電路提供通道。

在逆變過程中,寄生電感釋放能量提供通道。另外,當位於同一橋臂上的兩個開關,同時處於開通狀態時將會出現短路現象,並燒燬換流器件。所以在實際的通用變頻器中還設有緩衝電路等各種相應的輔助電路,以保證電路的正常工作和在發生意外情況時,對換流器件進行保護

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