变频器如何实现“变频”?


摘要

变频器在工业自动化控制方面应用及其广泛,它可以实现三相交流电动机的无极调速,无极调速主要依据电动机转速公式:n = 60f/p (1-s) n——电动机的转速(每分钟旋转次数,rpm/min) f——电源的频率(交流电的工作频率,Hz) p——电动机的磁极对数(电动机制造完成后其磁极对数固定不变)

变频器在工业自动化控制方面应用及其广泛,它可以实现三相交流电动机的无极调速,无极调速主要依据电动机转速公式:n = 60f/p (1-s)

n——电动机的转速(每分钟旋转次数,rpm/min)

f——电源的频率(交流电的工作频率,Hz)

p——电动机的磁极对数(电动机制造完成后其磁极对数固定不变)

s——电动机的转差率(异步电机存在转差率,同步电机转差率为零)

变频器是一种能够把电压和频率固定不变的交流电转换为电压和频率可变的交流电装置,它的工作过程包括整流、平波、逆变等几个阶段。

整流阶段

电动机使用变频器的目的就是为了调速,并且降低启动电流。变频器为了产生可调的电压和频率,三相工频(50Hz)交流电源首先经过交流电(AC)到直流电(DC)的转化,这个过程叫做“整流”。

平波和逆变阶段

整流后的直流电压中含有脉动的电压(电流),为了抑制这种波动,我们使用电容或电感来吸收脉动电压(电流)。

要实现电源电压、频率的改变必须先把电源转变为近似的直流电源(整流过程),而后利用电子半导体元器件如IGBT开关来控制输出脉动电压,产生的脉动电压需经过数字调制方法(PWM)等方式才能正确的转化为需要的模拟正弦波输出电压,此过程实现了直流到交流的逆变以及输出电压、频率的改变。

普通变频器只能工作在电动机正、反转两种工作状态,并且电机转速和转矩为一个方向,此种变频器称为两象限变频器,当制动时,电动机产生的制动能量流向变频器,但是变频器的输入端二极管不能将能量反馈到电网中,因此这种变频器会设置专门的制动回路把能量消耗掉,也就是说两象限变频器的能量总是从电网流向变频器。

为了实现电动机能量的双向(电动和发动)流动,出现了四象限变频器,它能够使电机工作在正转、减速制动、反转、反转制动四个状态。四象限变频器一方面可以调整输入的功率因数,另一方面将电动机产生的能量回馈到电网中从而达到节能的效果。

变频器不是随处都能做到省电的目的,其节能主要表现在水泵和风机上,作为电子电路,变频器本身也会消耗电能,大概为额定功率的3%—5%,一台1匹的变频空调自身耗电也在20W左右,变频器在工频情况下运行具有节电作用,但是需满足长时间运行大功率负载(风机或水泵等)装置本身具有节电功能这个三个条件。

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