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变频器的工作原理及优缺点分析

来源:/news/129.html发布时间:2018-10-24

变频器的工作原理及优缺点分析

       变频器将电源(50Hz或60Hz)转换为各种频率的交流电源,实现电机的变速运行。控制电路完成对主电路的控制,整流电路将交流电流转换为直流,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆变电路直接工作。电能变成交流电。矢量控制变频器计算量大,有时需要CPU进行转矩计算,并需要相应的电路。变频调速是通过改变定子绕组电源的频率来实现调速的目的。通过改变电机的电压和频率,电机的速度可以无限地调节。软启动节能、功率因数补偿和节能。

变频器的间接作用:

1、节能(节电)。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量,其输入功率大,且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时,如果流量要求减小,通过降低泵或风机的转速即可满足要求,降低电耗。

2、提高生产设备自动化程度。当前有很多品牌的变频器。

主电路是功率转换部分,为异步电动机提供电压和频率调制功率。变频器的主电路可分为两类:电压型是电压源的直流变换器到交流变换器,而直流回路的滤波器是电容器。电流模式是将电流源的直流电流变换成交流变频器,其直流环路滤波器是电感器。它由三部分组成:将电源转换为直流电源的“整流器”、吸收变流器和逆变器中产生的电压脉动的“平滑电路”以及将直流电源转换为交流电源的“逆变器”。



1、整流器

         最近大量使用的是二极管的变流器,它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器,由于其功率方向可逆,可以进行再生运转。

2、平波回路

         在整流器整流后的直流电压中,含有电源6倍频率的脉动电压,此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动,采用电感和电容吸收脉动电压(电流)。装置容量小时,如果电源和主电路构成器件有余量,可以省去电感采用简单的平波回路。

3、逆变器

     与整流器相反,逆变器将直流功率转换为所需的频率交流电源,并且通过在一定时间打开和关闭六个开关器件可以获得三相AC输出。以电压型PWM逆变器为例,说明了开关时间和电压波形。变频器控制电路是为电源主电路(电压和频率可调)提供控制信号的电路。它具有频率电压运算电路、主电路电压电流检测电路、电机速度检测电路,放大了运算电路的控制信号。驱动电路由逆变器的保护电路和电机组成。

(1)运算电路:将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算,决定逆变器的输出电压、频率。

(2)电压、电流检测电路:与主回路电位隔离检测电压、电流等。

(3)驱动电路:驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。

(4)速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号,送入运算回路,根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。

(5)保护电路:检测主电路的电压、电流等,当发生过载或过电压等异常时,为了防止逆变器和异步电动机损坏,使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。

     我们知道了变频器的工作原理,交流电机同步速度表达式位:n=60f(1-s)/P(1)在N异步电机转速;F异步电机频率;s电机转差率;p电机极对数。从公式(1)中可以看出,速度n与频率f成正比。如果频率f改变,电动机的速度可以改变。当频率f在0~50Hz范围内变化时,电机的调速范围非常宽。变频器通过改变电机电源的频率实现调速。是一种理想的高效、高性能调速方法。变频器控制方式为低压通用变频器输出电压380~650V,输出功率0.75~400kW,工作频率0~400Hz,其主电路采用AC-DC-AC电路。其控制模式经历了四代。1U/f=C正弦脉宽调制(SPWM)控制方式具有控制电路简单、成本低、机械硬度好、能满足普通传动平稳调速的要求,已广泛应用于工业各个领域。然而,在低频时,由于输出电压低,转矩受到定子电阻电压降的显著影响,从而最大输出转矩减小。另外,其机械特性毕竟不如直流电机硬,动态转矩和静态速度控制性能不理想,系统性能不高,控制曲线会随着负载的变化而变化,转矩响应缓慢,电机转矩利用率高。由于定子电阻和逆变器死区效应,电流化不高,转速低。性能退化和稳定性差。因此,对矢量控制变频调速也进行了研究。2电压空间矢量(SVPWM)控制方式:基于三相波形产生的总体效果,以接近电机气隙的理想圆周旋转磁场轨迹为目的,一次产生三相调制波形,并利用wa进行控制。正切多边形的Y逼近圆。经实际应用,改进了引入频率补偿可以消除速度控制误差,通过反馈估计磁链幅值可以消除低速时定子电阻的影响,输出电压和电流可以消除。闭环控制,提高动态精度和稳定性。但由于控制电路多,没有转矩调节,系统性能没有得到根本改善。·


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