变频器工作原理（基础知识）
<H2 style="MARGIN: auto 0cm"><FONT face=宋体><SPAN lang=EN-US style="FONT-SIZE: 10.5pt">1</SPAN><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt">、基本概念<SPAN lang=EN-US> <?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" /><o:p></o:p></SPAN></SPAN></FONT></H2><P><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体>（<SPAN lang=EN-US>1</SPAN>）<SPAN lang=EN-US> VVVF </SPAN> 改变电压、改变频率（<SPAN lang=EN-US>Variable Voltage and Variable Frequency</SPAN>）的缩写。 <SPAN lang=EN-US><o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体>（<SPAN lang=EN-US>2</SPAN>）<SPAN lang=EN-US> CVCF </SPAN> 恒电压、恒频率（<SPAN lang=EN-US>Constant Voltage and Constant Frequency</SPAN>）的缩写。 <SPAN lang=EN-US><o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体> 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<SPAN lang=EN-US>200V/60Hz</SPAN>（<SPAN lang=EN-US>50Hz</SPAN>）或<SPAN lang=EN-US>100V/60Hz</SPAN>（<SPAN lang=EN-US>50Hz</SPAN>）。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作<SPAN lang=EN-US>“</SPAN>变频器<SPAN lang=EN-US>”</SPAN>。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（<SPAN lang=EN-US>DC</SPAN>）。然后再把直流电（<SPAN lang=EN-US>DC</SPAN>）变换为三相或单相交流电（<SPAN lang=EN-US>AC</SPAN>），我们把实现这种转换的装置称为<SPAN lang=EN-US>“</SPAN>变频器<SPAN lang=EN-US>”</SPAN>（<SPAN lang=EN-US>inverter</SPAN>）。<SPAN lang=EN-US> <o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体> 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<SPAN lang=EN-US>“inverter”</SPAN>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。<SPAN lang=EN-US> <o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><STRONG><SPAN lang=EN-US style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-bidi-font-family: 宋体">2. </SPAN></STRONG><STRONG><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-bidi-font-family: 宋体">电机的旋转速度为什么能够自由地改变？</SPAN></STRONG><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体> <SPAN lang=EN-US><o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体>（<SPAN lang=EN-US>1) r/min</SPAN>电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为<SPAN lang=EN-US>rpm</SPAN>。例如：<SPAN lang=EN-US>4</SPAN>极电机<SPAN lang=EN-US> 60Hz 1,800 </SPAN>，<SPAN lang=EN-US>4</SPAN>极电机<SPAN lang=EN-US> 50Hz 1,500 </SPAN>，电机的旋转速度同频率成比例。<SPAN lang=EN-US> <o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体> 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）的旋转速度近似地取决于电机的极数和频率。电机的极数是固定不变的。由于极数值不是一个连续的数值（为<SPAN lang=EN-US>2</SPAN>的倍数，例如极数为<SPAN lang=EN-US>2</SPAN>，<SPAN lang=EN-US>4</SPAN>，<SPAN lang=EN-US>6</SPAN>），所以不适合改变极对数来调节电机的速度。另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。<SPAN lang=EN-US> <o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体> <SPAN lang=EN-US>n = <?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" /><st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="F" SourceValue="60" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">60f</st1:chmetcnv>/p</SPAN>，<SPAN lang=EN-US>n: </SPAN>同步速度，<SPAN lang=EN-US>f: </SPAN>电源频率 ，<SPAN lang=EN-US>p: </SPAN>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。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。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<SPAN lang=EN-US>60Hz</SPAN>改变到<SPAN lang=EN-US>30Hz</SPAN>，这时变频器的输出电压就必须从<SPAN lang=EN-US>200V</SPAN>改变到约<SPAN lang=EN-US>100V</SPAN>。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<SPAN lang=EN-US>60Hz</SPAN>改变到<SPAN lang=EN-US>30Hz</SPAN>，这时变频器的输出电压就必须从<SPAN lang=EN-US>200V</SPAN>改变到约<SPAN lang=EN-US>100V</SPAN>。<SPAN lang=EN-US> <o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><STRONG><SPAN lang=EN-US style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-bidi-font-family: 宋体">3</SPAN></STRONG><STRONG><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-bidi-font-family: 宋体">、关于散热的问题</SPAN></STRONG><SPAN lang=EN-US style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体> <o:p></o:p></FONT></SPAN></P>
<P><FONT face=宋体><SPAN lang=EN-US style="FONT-SIZE: 10.5pt"> </SPAN><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"> 如果要正确的使用变频器<SPAN lang=EN-US>, </SPAN>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成指数的下降。环境温度升高<SPAN lang=EN-US>10</SPAN>度，变频器使用寿命减半。因此，我们要重视散热问题啊！在变频器工作时，流过变频器的电流是很大的<SPAN lang=EN-US>, </SPAN>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。<SPAN lang=EN-US> <o:p></o:p></SPAN></SPAN></FONT></P>
<P><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体> 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（<SPAN lang=EN-US>KW</SPAN>）<SPAN lang=EN-US>×55 </SPAN>在这里<SPAN lang=EN-US>, </SPAN>如果变频器容量是以恒转矩负载为准的<SPAN lang=EN-US>(</SPAN>过流能力<SPAN lang=EN-US>150% * 60s) </SPAN>如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器<SPAN lang=EN-US>, </SPAN>并且也在柜子里面<SPAN lang=EN-US>, </SPAN>这时发热量会更大一些。 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<SPAN lang=EN-US>: </SPAN>变频器容量（<SPAN lang=EN-US>KW</SPAN>）<SPAN lang=EN-US>×60 </SPAN>因为各变频器厂家的硬件都差不多<SPAN lang=EN-US>, </SPAN>所以上式可以针对各品牌的产品<SPAN lang=EN-US>. </SPAN>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<SPAN lang=EN-US>, </SPAN>怎样采能降低控制柜内的发热量呢<SPAN lang=EN-US>? </SPAN>当变频器安装在控制机柜中时，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，要适当地增加机柜的尺寸。因此，要使控制机柜的尺寸尽量减小，就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。如果在变频器安装时，把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面，将会使变频器有<SPAN lang=EN-US>70</SPAN>％的发热量释放到控制机柜的外面。由于大容量变频器有很大的发热量，所以对大容量变频器更加有效。还可以用隔离板把本体和散热器隔开<SPAN lang=EN-US>, </SPAN>使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，横着放散热会变差的<SPAN lang=EN-US>! </SPAN>关于冷却风扇一般功率稍微大一点的变频器， 都带有冷却风扇。同时，也建议在控制柜上出风口安装冷却风扇。进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。注意控制柜和变频器上的风扇都是要的，不能谁替代谁。<SPAN lang=EN-US><o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体> 另外，散热问题还要注意以下两个问题：<SPAN lang=EN-US> <o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体> （<SPAN lang=EN-US>1</SPAN>）在海拔高于<st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="m" SourceValue="1000" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0"><SPAN lang=EN-US>1000m</SPAN></st1:chmetcnv>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。理论上变频器也应考虑降容，<st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="m" SourceValue="1000" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0"><SPAN lang=EN-US>1000m</SPAN></st1:chmetcnv>每<SPAN lang=EN-US>-5%</SPAN>。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<st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="m" SourceValue="1500" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0"><SPAN lang=EN-US>1500m</SPAN></st1:chmetcnv>的地方，但是周期性负载，如电梯，就不必要降容。 <SPAN lang=EN-US><o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体> （<SPAN lang=EN-US>2</SPAN>）开关频率：变频器的发热主要来自于<SPAN lang=EN-US>IGBT</SPAN>，<SPAN lang=EN-US>IGBT</SPAN>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。有的厂家宣称降低开关频率可以扩容，就是这个道理。 <SPAN lang=EN-US><o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><STRONG><SPAN lang=EN-US style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-bidi-font-family: 宋体">4</SPAN></STRONG><STRONG><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-bidi-font-family: 宋体">、矢量控制是怎样使电机具有大的转矩的？</SPAN></STRONG><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体> <SPAN lang=EN-US><o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体>（<SPAN lang=EN-US>1</SPAN>） 转矩提升：此功能增加变频器的输出电压，以使电机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。改善电机低速输出转矩不足的技术<SPAN lang=EN-US>,</SPAN>使用<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>矢量控制<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>，可以使电机在低速<SPAN lang=EN-US>,</SPAN>如<SPAN lang=EN-US>(</SPAN>无速度传感器时<SPAN lang=EN-US>)1Hz</SPAN>（对<SPAN lang=EN-US>4</SPAN>极电机，其转速大约为<SPAN lang=EN-US>30r/min</SPAN>）时的输出转矩可以达到电机在<SPAN lang=EN-US>50Hz</SPAN>供电输出的转矩（最大约为额定转矩的<SPAN lang=EN-US>150</SPAN>％）。对于常规的<SPAN lang=EN-US>V/F</SPAN>控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，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，变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。变频器的这个功能叫做<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>转矩提升<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>（<SPAN lang=EN-US>*1</SPAN>）。转矩提升功能是提高变频器的输出电压。然而即使提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量（如励磁分量）。<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>矢量控制<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量（如励磁分量）的数值。<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>矢量控制<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>可以通过对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。 <SPAN lang=EN-US><o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><STRONG><SPAN lang=EN-US style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-bidi-font-family: 宋体">5</SPAN></STRONG><STRONG><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-bidi-font-family: 宋体">、变频器制动的有关问题</SPAN></STRONG><SPAN lang=EN-US style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体> <o:p></o:p></FONT></SPAN></P>
<P><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体>（<SPAN lang=EN-US>1</SPAN>） 制动的概念<SPAN lang=EN-US>:</SPAN>指电能从电机侧流到变频器侧（或供电电源侧）<SPAN lang=EN-US>,</SPAN>这时电机的转速高于同步转速<SPAN lang=EN-US>.</SPAN>负载的能量分为动能和势能<SPAN lang=EN-US>. </SPAN>动能<SPAN lang=EN-US>(</SPAN>由速度和重量确定其大小）随着物体的运动而累积。当动能减为零时，该事物就处在停止状态。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<SPAN lang=EN-US>. </SPAN>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<SPAN lang=EN-US>,</SPAN>在下降时<SPAN lang=EN-US>, </SPAN>能量<SPAN lang=EN-US>(</SPAN>势能<SPAN lang=EN-US>)</SPAN>也要返回到变频器<SPAN lang=EN-US>(</SPAN>或电源<SPAN lang=EN-US>)</SPAN>侧<SPAN lang=EN-US>,</SPAN>进行制动<SPAN lang=EN-US>.</SPAN>这种操作方法被称作<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>再生制动<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>，而该方法可应用于变频器制动。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<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>功率返回再生方法<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>。在实际中，这种应用需要<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>能量回馈单元<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>选件。 <SPAN lang=EN-US><o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体>（<SPAN lang=EN-US>2</SPAN>）怎样提高制动能力？ <SPAN lang=EN-US><o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体>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问题。请选用<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>制动电阻<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>、<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>制动单元<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>或<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>功率再生变换器<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>等选件来改善变频器的制动容量<SPAN lang=EN-US> <o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><STRONG><SPAN lang=EN-US style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-bidi-font-family: 宋体">6</SPAN></STRONG><STRONG><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-bidi-font-family: 宋体">、当电机的旋转速度改变时，其输出转矩会怎样？</SPAN></STRONG><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体> <SPAN lang=EN-US><o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体>（<SPAN lang=EN-US>1</SPAN>）： 工频电源由电网提供的动力电源（商用电源） <SPAN lang=EN-US><o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体>（<SPAN lang=EN-US>2</SPAN>）： 起动电流当电机开始运转时，变频器的输出电流变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动。 <SPAN lang=EN-US><o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P><SPAN style="FONT-SIZE: 10.5pt"><FONT face=宋体> 我们经常听到下面的说法：<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>电机在工频电源供电时（<SPAN lang=EN-US>*1</SPAN>）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<SPAN lang=EN-US>"</SPAN>。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（大的起动电流<SPAN lang=EN-US> (*2) </SPAN>）。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<SPAN lang=EN-US>60Hz</SPAN>频率时，电机的输出转矩将降低。通常的电机是按<SPAN lang=EN-US>50Hz(60Hz)</SPAN>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<SPAN lang=EN-US>. (T=Te,P<=Pe) </SPAN>变频器输出频率大于<SPAN lang=EN-US>50Hz</SPAN>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<SPAN lang=EN-US>60Hz</SPAN>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。举例，电机在<SPAN lang=EN-US>100Hz</SPAN>时产生的转矩大约要降低到<SPAN lang=EN-US>50Hz</SPAN>时产生转矩的<SPAN lang=EN-US>1/2</SPAN>。因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速<SPAN lang=EN-US>(P=Ue*Ie)</SPAN>。<SPAN lang=EN-US><o:p></o:p></SPAN></FONT></SPAN></P>
<P class=MsoNormal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"><SPAN lang=EN-US><o:p><FONT face="Times New Roman" size=3> </FONT></o:p></SPAN></P>
Re: 变频器工作原理（基础知识）
谢谢提供资料~~Re: 变频器工作原理（基础知识）
好东西！Re: 变频器工作原理（基础知识）
太好了，谢谢Re: 变频器工作原理（基础知识）
好详细啊 受益匪浅 楼主发表了很多实用的好资料,我下载了很多,都感觉自己太贪婪了,呵呵.我会认真学习的,也不妄楼主辛辛苦苦的上传:lol 我这几天正在找这个资料呢太好了啊
今天还下了样本 很受用啊！这里有这么多学者，好地方！ 矢量变换好像很复杂的说。。。 黄将军的知识面真的很全面啊,机电一体化的人能达到这种水平可能不多哦,
向黄将军致敬!!!1
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