昆山市安德鑫自动化设备有限公司

 


 


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 变频器原理（英文Variable-frequency Drive，简称VFD）是应用变频技术与微电子技术的原理，通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机的电力控制设备。使用的电源分为交流电源和直流电源，一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的。交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95%左右。


 中文名 变频器原理 外文名 Variable-frequency Drive 应用技术变频技术与微电子技术 工作目的 改变电机工作电源频率 属    性 电力控制设备


 


 变频器的应用


 变频器简介编辑


 无论是用于家庭还是用于工厂，单相交流电源和三相交流电源，其电压和频率均按各国的规定有一定的标准，安德鑫自动化设备,.安德鑫自动化设备，如我国大陆规定，直接用户单相交流电压为220V，三相交流电线电压为380V，频率为50Hz，其它国家的电源电压和频率可能与我国的电压和频率不同，如有单相100V/60Hz，三相200V/60Hz等等，标准的电压和频率的交流供电电源叫工频交流电。


 通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。


 为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC），这个过程叫整流。


 一般逆变器是把直流电源逆变为一定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变电源频率和电压可调的逆变器我们称为变频器。


 


 变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。


 对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器，要对波形进行整理，可以输出标准的正弦波，叫变频电源。一般变频电源是变频器价格的15－－20倍。


 变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品丬中，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。

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。

 变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再将直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的 [1]  。

 


 变频器元件编辑


 整流电路


 由VD1-VD6六个整流二极管组成不可控全波整流桥。对于380V的额定电源，一般二极管反向耐压值应选1200V，二极管的正向电流为电机额定电流的1.414-2倍。


 电容C1


 吸收电容,整流电路输出是脉动的直流电压，必须加以滤波。


 变压器


 一种常见的电气设备，可用来把某种数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压，也可以改变交流电的数值及变换阻抗或改变相位。


 压敏电阻


 有三个作用：一、过电压保护；二、耐雷击要求；三、安规测试需要.


 热敏电阻：过热保护


 霍尔元件


 安装在UVW的其中二相,用于检测输出电流值。选用时额定电流约为电机额定电流的2倍左右。


 充电电阻


 作用是防止开机上电瞬间电容对地短路，烧坏储能电容开机前电容二端的电压为 0V；所以在上电（开机）的瞬间电容对地为短路状态。如果不加充电电阻在整流桥与电解电容之间，则相当于380V电源直接对地短路，瞬间整流桥通过无穷大的电流导致整流桥炸掉。一般而言变频器的功率越大，充电电阻越小。充电电阻的选择范围一般为：10-300Ω。


 储能电容


 又叫电解电容，安德鑫自动化设备,.安德鑫自动化设备，在充电电路中主要作用为储能和滤波。PN端的电压工作范围一般在 430VDC～700VDC 之间，而一般的高压电容都在 400VDC左右，为了满足耐压需要就必须是二个400VDC的电容串起来作800VDC。容量选择≥60uf/A


 均压电阻：防止由于储能电容电压的不均烧坏储能电容；因为二个电解电容不可能做成完全一致，这样每个电容上所承受的电压就可能不同，承受电压高的发热严重（电容里面有等效串联电阻）或超过耐压值而损坏。


 C2电容


 吸收电容,主要作用为吸收IGBT的过流与过压能量。


 电源板


 开关电源电路向操作面板、主控板、驱动电路、检测电路及风扇等提供低压电源，开关电源提供的低压电源有：±5V、±15V 、±24V向CPU其附属电路、控制电路、显示面板等提供电源。


 驱动板


 主要是将CPU生成的PWM脉冲经驱动电路产生符合要求的驱动信号激励IGBT输出电压。


 控制板


 也叫CPU板，相当人的大脑，处理各种信号以及控制程序等部分


 元器件如图：


 


 变频器基础原理编辑


 控制方式


 1: VVVF 是 Variable Voltage and Variable Frequency 的缩写，意为改变电压和改变频率，也就是人们所说的变压变频。


 2: CVCF 是 Constant Voltage and Constant Frequency 的缩写，意为恒电压、恒频率，也就是人们所说的恒压恒频。


 


 


 


 


 VVC的控制原理


 在VVC中，控制电路用一个数学模型来计算电机负载变化时**的电机励磁，并对负载加以补偿。


 


 此外集成于ASIC电路上的同步60°PWM方法决定了逆变器半导体器件（IGBTS）的**开关时间。


 


 决定开关时间要遵循以下原则：


 


 数值上**的一相在1/6个周期（60°）内保持它的正电位或负电位不变。


 


 其它两相按比例变化，使输出线电压保持正弦并达到所需的幅值（如下图）


 


 与正弦控制PWM不同，VVC是依据所需输出电压的数字量来工作的。这能保证变频器的输出达到电压的额定值，电机电流为正弦波，电机的运行与电机直接接市电时一样。


 由于在变频器计算**的输出电压时考虑了电机的常数（定子电阻和电感），所以可得到**的电机励磁。


 因为变频器连续的检测负载电流，变频器就能调节输出电压与负载相忄匹配，所以电机电压可适应电机的类型，跟随负载的变化。


 VVC+的控制原理是将矢量调制的原理应用于固定电压源PWM逆变器，这一控制建立在一个改善了的电机模型上，该电机模型较好的对负载和转差进行了补偿。


 因为有功和无功电流成分对于控制系统来说都是很重要的，控制电压矢量的角度可显著的改善0-12HZ范围内的动态性能，而在标准的PWM U/F驱动中0-10HZ范围一般都存在着问题。


 利用SF或60°A原理来计算逆变器的开关模式，可使气隙转矩的脉动很小（与使用同步PWM的变频器相比）。


 用户可以选择自己**喜爱的工作原理，或者由逆变器依据散热器的温度来自动选择控制原理。如果温度低于75°C采用SFA原理来控制，当温度高于75℃时就应用60°原理。以下给出这两个原理的概要选择逆变器**的开关频率特点SF**8Hz


 1. 与同步60°PWM(VVC)相比，转矩纹波小


 2. 无“换挡”


 3. 逆变器的开关损耗大60°A..**14kHz


 1. 逆变器的开关损耗减少（与SFA相比减少1/3）


 2. 与同步60°PWM(VVC)相比转矩纹波小


 3. 与SFA.相比转矩纹波相对大些


 如上图所示，电机模型为负载补偿器和电压矢量发生器分别计算额定的空载值ISX0，Isy0和I0，θ0。知道实际的空载值就有可能更准确地估计电机轴的负载转矩。


 与V/f控制相比，电压矢量控制在低速时很有利，传动的动特性可得到明显的改善。此外因为控制系统能更好地估计负载转矩，给出电压和电流的矢量值，与标量（仅有大小的值）控制的情况相比，电压矢量控制还能得到很好的静态特征 [2]  各组成部分原理


 自六十年代后期以来，慈溪变频器代理
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,昆山市安德鑫自动化设备有限公司，由于微处理器和半导体技术的发展及其价格的降低，使变频器发生了很大的变化。但是，变频器的基本原理并没有变。


 


 


 


 


 


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