变频器的基本功能有哪些?工作原理是什么?，变频器的介绍

世界各地家庭和工厂使用的交流电源的电压和频率为400V/50Hz和200V/60Hz（50Hz）。将具有固定电压或频率的交流电转换为具有可变电压或频率的交流电的装置称为“变频器”。为了产生可变电压和频率，该设备首先将来自电源的交流电转换为直流电(DC)。将直流电(DC) 转换为交流电(AC) 的设备的学术术语是“逆变器”。变频设备中改变电压和频率的主要装置称为“逆变器”，因此产品本身也称为“逆变器”。用于电机控制的变频器可以改变电压和频率。变频器和软启动器的基本区别： 变频器：可变频率和电压。主要功能：调速、节能、软启动。软启动器：仅改变电压。主要作用：降低启动电流，缓解机械冲击，降低线路电压降。

变频器一般不适合与输出接触器等设备进行切换。主要原因是变频器控制过于复杂。当电机切换时，电机空转时的相位可能与实际相位明显不同。开关过程中会产生比较大的影响，影响逆变器的IGBT寿命。软启动器本身在设计时就考虑到了开关，注意这些细节，并使用一些锁相环技术进行跟踪等，但是晶闸管更便宜，更可靠，所以这些功能没有。硅用于补偿，但在这些地方，软启动器可能比逆变器更理想，因为IGBT 太昂贵，而且逆变器通常不是为切换到工频应用而设计的。软启动器可以在某些控制区域“单独”运行。下面分析原因。首先，从使用场景来看，不需要调速，只需要压降的重载场合可以选择软启动器。

第二点是，从控制投资的角度来看，软启动器的价格比变频器便宜很多。这在需要大容量控制器的大功率负载控制场合更为明显。第三种变频器对于一些高速运行要求或者严密的控制必须配备专用的变频电机，但使用普通的异步电机会对电机造成明显的损坏，因此最好使用变频器。可以使用电源频率进行控制的软启动器。第四，从整个配套设备来看，能使用软启动器的最好采用软启动器控制，不适合软启动器的应采用变频控制。配备软启动器和高低配变频器，经济实惠，无论从效率还是社会效益上都非常理想。原则上，鼠笼异步电机可用于多种不需要调速的应用。适用电流范围为AC380V（或660V），电机输出功率为数kW至800kW。软启动器特别适用于需要软启动和软停止的各种泵或风机负载。同样，对于波动负载情况，电机长时间轻载运行，短时间或瞬间高负载，采用软启动器（不带旁路接触器）可节省能源，其效果为轻负载。与变频器相关的基本术语： 变流器整流器整流器-整流器整流器整流器逆变器-逆变器转矩脉动转矩脉动脉宽调制（PWM） 脉宽调制谐波矢量控制（VC） 矢量控制直接转矩控制（DTC） 直接转矩控制四-象限运行四象限运行再生（制动） 再生直流制动直流制动漏电流滤波器滤波器滤波电抗器电位器电位器编码器编码器、PG（脉冲发生器） 定子定子转子转子变频器的结构： 通常变频器的结构为交流- DC-AC，即将单相或三相交流电压整流为直流电压（ACDC），然后将直流“逆变”到所需的频率。三相交流电压（DCDC）。变频器最重要的部分是逆变器部分，有些厂家单独制造逆变器部分，因此变频器有时也称为逆变器。由于电机和变频器的原理，当输出频率变化到额定电压以下时，输出电压的有效值也必然发生变化，这种类型的系统称为变压/变频。也称为变频调速。

变频器主电路：

变频器的输入电源可以是三相380-500V、三相200-240V、单相200-240V，甚至可以是690V。电源电压低于690V的称为低压逆变器，电源电压高于1000V的称为中压或高压逆变器。输入电源相序对电机旋转没有影响。变频器通常标配有串联EMC 滤波器，以抑制变频器对周围设备的射频干扰。变频器上电时，EMC滤波器通过接地电容产生接地电流，尤其是上电瞬间产生较大的漏电流。变频器通常用于工业应用，并通过接地进行保护。当在消费配电环境中使用时，漏电流开关（RCD）可能在没有安全接地的情况下使用，这会导致RCD错误跳闸，这是正常现象。解决办法是断开图中的地线。大多数变频器采用三相全波整流，整流元件为功率二极管。三相全波整流得到的直流输出电压是接收线间电压有效值的1.35倍。例如，如果电网电压为400V，则直流母线电压约为540V。然而，随着负载的变化，直流母线电压也会发生变化。单个整流桥获得的电压波形每个周期有六个波前，称为六波前或六脉冲整流。此时，输入线电流包含如下所示的6m+1/6m-1谐波。 5、7、11、13……。为了抑制电流谐波，可以使用两组整流桥，每组整流桥连接到三绕组变压器的输出的两个绕组。变压器两个绕组的输出电压具有相同的有效值和相位。彼此之间有30度的差异。两组整流桥串联，电压相加。此时的电压波形每个周期有12个波前，电流的谐波分量不包括5次、7次、17次和19次谐波。对于高功率应用和特殊情况，变频器和配电电路的成本显着增加。上电瞬间，整流桥输出端产生1.414U的峰值电压，对储能电容快速充电。为了保护储能电容，必须在直流母线上串联一个电阻。当逆变器上电时，整流桥通过该电阻对整流桥充电。充电完成后（例如，当直流母线电压升至额定电压的70%以上时），必须旁路电阻。联络人。该阻力在整个操作过程中没有影响。该电阻称为预充电电阻，接触器称为预充电接触器或预充电继电器。如果电网电压不稳定，瞬时降幅较大，预充电电路可能会频繁动作而损坏。将上述整流桥的三个桥臂改为晶闸管或IGBT等晶闸管即可调节整流桥的输出电压。变频器上电期间，控制晶闸管的导通角，半控整流桥的输出电压逐渐升高，最终达到全波整流的峰值。不需要逆变装置中的预充电电阻和预充电触点。如果上述整流桥的6个桥臂全部为晶闸管，加上控制回路，还可以四象限工作。它还可以从电网吸收能量并供给负载。将负载制动能量反馈至电网并实现再生制动。当然，变频器的成本显着增加，因此这种方法只适合大功率传输。另一种实现能量再生制动的方法是将系统中所有变频器的直流母线并联或者使用集成整流电源和集成能量再生制动单元，称为网络制动单元。变频器运行过程中，需要有相对稳定的直流母线电压，这由储能电容来保证。电容器采用电解电容器的形式，但中大功率逆变器需要多个电容器并联。

当逆变器过载时，直流母线电压瞬间下降，开始发电（制动）时，直流母线电压瞬间上升，过高则逆变器停机。输出。在某些应用中，可能需要添加额外的电池或电容器来提高变频器的动态能力或在停电期间将变频器维持在斜坡停止状态，而其他电路也增加了组件的耐用性。需要考虑。直流电抗器是由一个或两个扼流圈串联而成的直流中间电路，由于流过它的电流是直流电，所以它也是直流扼流圈。直流电抗器的作用是抑制变频器输入线电流谐波，从而减少对电网的污染。适当尺寸的直流电抗器通常可以减少变频器中的谐波污染以达到标准，并且是一种低成本的解决方案。如果您想将谐波抑制到较低水平，则需要一个大型无源滤波器。直流电抗器不能有效抑制输入线路上的浪涌电压。交流电抗器安装在变频器的受电侧，也称为受电电抗器。交流电抗器的功能与直流电抗器几乎相同，但交流电抗器可以抑制输入线路上的浪涌电压。在获得相同的电流谐波抑制效果时，交流电抗器引起的线电压降比直流电抗器稍大，输出转矩损失也稍大。建议在以下情况下使用进线电抗器：当多台变频器并联使用时、当线路电源有明显来自其他负载的干扰时、当变频器阻抗很低时如果由阻抗线路供电。制动单元是与制动电阻串联并连接至直流母线的一个或多个晶体管。当直流母线电压超过某一规定电压时，制动晶体管导通，直流母线电容和电机向制动电阻释放能量。直流母线电压下降到另一个指定电压，制动晶体管关闭。因此，制动电阻的作用是耗能制动。

图中标注了制动晶体管，制动电阻接制动单元，a与a之间的二极管为续流二极管，起保护作用。当变频器驱动的负载需要克服惯性而迅速减速或停止，或者潜在负载持续减少时，需要进行能耗制动。逆变桥是变频器的核心部分，其作用是通过六个桥臂晶闸管循环接通和关断直流电压，形成按要求变化幅值和频率的三相交流输出电压。逆变桥桥臂上的晶闸管类型主要是IGBT（隔离双极型晶体管）。直流电压通过逆变桥分成高频脉冲电压，由逆变管反复开关而形成，因此该频率称为开关频率。负载分类：变频器的正确选择对于控制系统的正常运行非常重要。选择变频器时，必须充分了解变频器驱动的负载特性。实际中，生产机械常分为三类：恒转矩负载、恒功率负载、风机水泵负载。 1、恒扭矩负载：负载扭矩与速度无关，在任何速度下保持恒定或基本恒定。示例： 摩擦负载，如传送带、搅拌机、挤出机等；示例： 潜在能量负载，如起重机和提升机。如果变频器驱动恒转矩负载，低速时的转矩必须足够大，并且必须有足够的过载能力。如果要求低速稳定运行，则应考虑标准异步电机的散热能力，避免电机温升过高。如果长时间低速满载运行，必须安装独立的强冷风扇对电机进行冷却。对于非功能性应用，必须配置制动单元和制动电阻，并设置安全制动逻辑。 2、恒功率负载：某些应用中高速时所需的扭矩一般与速度成反比。这就是所谓的恒功率负载。塑料薄膜生产线的机床主轴、轧机、造纸机、卷取机、开卷机等负载的恒功率特性必须在一定的变速范围内。在极低速时，由于机械强度限制，无法无限增大，而在低速时，扭矩特性变为恒定值。负载的恒输出范围和恒转矩范围对传动方式的选择影响很大。如果电机处于恒磁通调速控制，则最大允许输出转矩不会改变，这就是恒转矩调速控制。另一方面，在弱磁速度控制中，最大允许输出扭矩与速度成反比，为恒功率。速度调节。 3、风机、水泵负载：在各种风机、水泵、油泵中，当叶轮旋转时，在一定转速范围内，空气或液体所产生的阻力，近似与转速n的平方成正比。随着转速降低，扭矩随转速的平方降低。这种负载所需的功率与速度的立方成正比。如果所需的风量或流量减少，可以使用变频器通过调节速度来调节风量或流量，从而显着节省电力。一般来说，风机和泵不应在高于工业频率的情况下运行，因为高速时所需的功率随着速度的增加而迅速增加，并且与速度的立方成正比。

一般风机、水泵专用的变频器，以及据说暖通空调专用的变频器，低速性能非常差，不适合恒转矩应用，甚至功率放大也不足。电机转速：由变频器驱动的电机为感应交流电机，也称为交流异步电机。工业上使用的大多数电机都是交流异步电机。异步电机的转速取决于定子旋转磁场的速度，即同步速度。所谓异步是指实际速度和同步速度总是接近，但总有一定的差别。这种差异称为滑差。电机运行时，实际转速会比同步转速稍慢。在发电机或制动条件下，实际速度将略高于同步速度。同步转速n1=60f/p，实际转速n=(1-s)n1=(1-s) 60f/pn：同步转速，f：工频，p：电机极对数，s：转差比，合闸到零。变频调速：最好的方法是变频调速。即改变电源频率，使同步转速成比例变化，负载速度也与电源频率成比例变化。这种装置称为变频器。变频调速优点：效率高、功率因数高。数字化智能，易于控制和调节。固态硬件，可靠性高。可用于快速频繁的启停、正反转等。动、静态精度高。易于集成到您的系统中。启动电流和工作电流较小。适用于廉价且可靠的鼠笼异步电机。变频调速是目前异步电机的主流调速方式，可以对同步电机等进行步进控制。改变频率和电压是控制电机的最佳方法。如果只改变频率而不改变电压，频率降低时电机会过压（过励磁），导致电机烧毁。因此，当变频器改变频率时，也必须同时改变电压。当输出频率超过额定频率时，电压不能继续升高，最大值将等于电机的额定电压。例如，要将电机转速减半，并将变频器的输出频率从50Hz更改为25Hz，则必须将变频器的输出电压从400V更改为200V左右。磁通矢量控制：转矩提升功能是提高变频器输出电压的功能。然而，即使输出电压显着增加，电机扭矩也不能与电流成比例地增加。这是因为，电动机电流包含电动机产生的转矩成分和其他成分（励磁成分等）。 “矢量控制”通过分配电机电流值来确定产生扭矩的电机电流分量和其他电流分量（如励磁分量）的值。 “矢量控制”根据电机端电压降进行优化补偿，让电机在不增加电流的情况下产生大扭矩。该功能对于降低低速时的电机温升也很有效。采用“矢量控制”，电机（不带速度传感器）在1Hz等低速（对于4极电机，转速约为30r/min）时的输出扭矩可以达到电机在50Hz时的输出扭矩。能。电源（最大约为额定扭矩的150%）。

如何选择逆变器？为了进行容量适配，变频器的额定电流必须大于或等于相应电机的额定电流，但实际情况并不完全如此。一般2极或4极电机的额定电流低于变频器的额定电流，但6极及以上电机的额定电流往往高于同型号变频器的额定电流。容量。 (1) 变频器容量与电机特性变频器容量与电机特性的关系如下图所示。

（二）电机运行工况及变频器选型1、电机温升电机运行时，会产生铜损、铁损、机械损耗等各种功率损耗，这些功率损耗转化为热能，引起电机温升。电机温度升高。如果温度过高，可能会破坏电机各部分的绝缘，导致电机烧毁。 2、连续恒负载变频器的选择所谓连续恒负载是指负载连续运行，如下图A所示，运行过程中负载转矩基本不发生变化。当用电机驱动此类负载时，温升会达到稳定的温升，因此为此类负载选择变频器时，一般保证变频器的电机容量等于或大于变频器的电机容量即可。电机的实际容量。此类负载包括带式输送机、风扇、水泵等。 3、负载连续变化的逆变器选择负载并连续运行，但负载的重量变化频繁。当电机驱动此类负载时，电机的温升会根据负载扭矩的不同而变化（见下图b）。选择变频器的原则是能够承受短期过载，只要电机温升不超过额定温升即可。 4、对于间歇性负载的变频器，如果选择可通断的负载，则接通时电机温升达不到稳定温升，无法使电机温升为零。停止时，如下图c所示。对于此类负载，选择电机容量的基本原则与连续变化负载相同。

5、短时负载：负载的运行时间很短，但停止时间很长，因此运行时温升可能达不到稳定温升，停止时温升可能为0。三峡水力发电厂闸门电机等针对此类负载选择变频器时，不考虑电机的温升，主要考虑电机的过载能力来选型。 (3) 一台变频器带多电机1、若多台电机同时启动，且所有电机同时启动、同时加减速（见下图），则变频器的频率容量为可以根据以下公式计算：

这意味着变频器的额定电流大于每台电机额定电流之和的1.05 至1.1 倍。 2、多台电机单独启动如果每台电机单独启动，当第一台电机以变频启动并以特定频率运行时，其他电机只能直接以该频率启动。 1）变频装置必须能够承受直接启动各电机时的启动电流。 2）由于启动电流持续时间较短（一般小于1分钟），可考虑变频器的过载能力。因此，变频器容量选择按以下公式计算：

式中：I——电机启动电流（57倍额定电流），K——安全系数。如果后启动电机全部从静止状态启动，则k1=1.2；如果后启动电机可以从自由制动状态重新启动，则k1=1.5-2；K——变频器的过载能力；如下图所示，多台电机分别进行启动和制动。

变频器接线图： 变频器工作原理：主电路是向异步电机提供调压调频电源的电源转换部分，变频器的主电路大致分为两部分.类别：电压型是电压源的直流转换，对于交流逆变器来说，直流电路滤波器是电容器。电流型是将来自电流源的直流电转换为交流电的逆变器，直流环路滤波器是电感器。它由三部分组成：将工频电源转换为直流电源的“整流器”、吸收转换器和逆变器产生的电压脉动的“平滑电路”以及将直流电源转换为交流电源的“逆变器”。 ”。如果您想知道如何接线变频器，首先需要了解什么是变频器。变频器是一种电机调速器，输出不同的电压和频率来改变电机的转速。从这个特点来看，它只是一个可变交流电源，可以接收命令控制的高输出功率。高输出电源本质上是一种功率转换技术，需要提供高输出输入功率，因此需要所谓的市电电源。由于该电源输出的电压和频率是由人或人指挥的设备控制的，因此需要控制环电路。

从上图可以看出，变频器的结构是将工频电源整流为直流电，再反向转换为变压变频电源来驱动电机，是一样的。只要转换器、主电路和控制连接正确，电路就没有问题。图文并茂快速掌握简单逆变器接线方法！

上图是变频器的接线图。变频器安装过程中有几个需要注意的问题。例如，变频器本身具有较强的电磁干扰，会干扰某些设备的运行，因此可以在变频器的输出电缆上添加电缆套。或者变频器、控制面板内的控制线与电源线等至少保持100mm的距离。变频器接线方法：

1、主电路接线1、将电源连接到变频器输入R、S、T端子，不要连接到变频器输出端子（U、V、W）。逆变器将被损坏。接线完成后，请除去任何磨损的线头。如果线头断裂，可能会导致异常、故障或失灵。逆变器必须始终保持清洁。在控制台上钻孔时，请务必小心，不要让污垢或粉末进入其中。 2. 请勿连接除推荐选配制动电阻以外的任何部件，或使+端子与PR端子之间短路。 3、电磁干扰变频器的输入输出（主电路）含有谐波成分，可能会对变频器附近的通讯设备造成干扰。因此，为了最大限度地减少干扰，请安装可选的无线电噪声滤波器FR-BIF 或FRBSF01 或FR-BLF 线路噪声滤波器。 4、长距离布线时，由于布线寄生电容的充电电流，高速响应限流功能变差，导致次级侧连接的设备误动作、误动作。因此，请将最大接线长度保持在规定值以下。如果超出配线长度，请将Pr.156 设置为1。 5. 请勿在变频器输出侧安装电源电容器、浪涌抑制器、无线电噪声滤波器等。否则可能会导致变频器故障或电容器或浪涌抑制器损坏。 6. 使用合适型号的电线进行接线，使电压降保持在2%以内。如果变频器与电机的接线距离较长，特别是低频输出时，主回路电缆电压会下降，导致电机转矩下降。 7. 操作后如需更改接线，请关闭电源至少10 分钟，并用万用表检查电压后再进行。停电后一段时间内，危险的高压电仍残留在电容器中。 2、控制电路接线变频器控制电路大致可分为模拟电路和数字电路两种。

1、控制电路端子接线采用屏蔽线或双绞线，与主电路、高压电路（包括200V继电器程序电路）分开接线。 2、由于控制电路的频率输入信号为微小电流，因此在接点输入时，小信号接点应采用两个并联接点或双接点，以防止接触不良。 3. 控制回路接线通常使用0.3至0.75平方米的电缆。 3. 接地线的接线

1. 变频器有漏电流，请将变频器和电机接地，以防触电。 2. 使用专用接地端子将变频器接地。使用镀锡压接端子连接地线。拧紧螺钉时小心不要损坏螺丝扣。 3.镀锡不含铅。 4、接地线的粗细至少应达到规定标准，接地点应尽可能靠近逆变器，且接地线越短越好。变频器接线注意事项： 1、变频器本身具有较强的电磁干扰，会妨碍某些设备的运行，因此可以在变频器的输出电缆上套上电缆套。 2、变频器及控制面板内的控制线与电源线等至少保持100mm的距离。 3. 购买逆变器时，附带逆变器说明书。如果没有，您可以从您购买的品牌的官方网站下载。逆变器说明书内容非常详细，包括产品介绍、工作原理、安装调试等。

变频器使用注意事项：变频器的故障率随温度升高呈指数增长，使用寿命随温度升高呈指数下降。如果环境温度升高10度，变频器的平均寿命就会减半。当变频器工作时，流经变频器的电流变得很大，变频器产生的热量也变得很大，并且热量的影响不可忽视。变频器通常安装在控制面板内。如果想知道逆变器大概产生的热量，请使用下面的公式）。如果变频器带有直流或交流电抗器且位于机柜内，则发热量会更大。电抗器最好安装在逆变器旁边或上方。指导原则为： 逆变器容量(KW) x 60[W] 如果使用制动电阻，建议将其安装在与周围区域隔离的位置，因为它会产生大量热量。如何减少机柜上方或旁边的控制面板（例如变频器）内部的热量产生？在控制面板中安装变频器时，需要考虑变频器产生的热量。随着机柜内产生的热量增加，机柜的尺寸也应相应增加。因此，为了使控制面板尽可能紧凑，需要尽可能减少面板内产生的热量。如果变频器安装时变频器的散热器位于控制柜外部，则变频器产生的热量70%将散发到控制柜外部。大容量逆变器会产生大量热量，因此大容量逆变器更有效。也可以使用绝缘板将本体和散热器隔开，使散热器的散热不影响逆变器本体。这也很好用。关于散热风扇：一般功率大一点的逆变器都配有散热风扇。我们建议在控制面板的排气口处安装冷却风扇。进风口必须加过滤器，防止灰尘进入控制柜。请注意，控制板风扇和逆变器风扇都是必需的，不能替换另一个。一些面板制造商**惯于在配电面板中不安装冷却风扇，需要更新他们的概念。海拔对变频器选型的影响：海拔超过1000m，由于空气密度降低，需要增加外壳冷却风量，以提高冷却效果。理论上，变频器还应考虑降额，每1000m降低5%。事实上，逆变器的设计负载能力和散热能力通常比实际使用的要大，因此根据应用而有所不同。例如，对于1500m，对于循环负载或电梯等短期运行负载，无需降低功率。制动：当电机转速高于同步转速时，电能从电机侧流向逆变器侧（或电源侧），电机变为发电机运行状态。负载的能量分为动能和势能，动能（其大小由速度和重量决定）随着物体的移动而积累。当动能变为零时，物体停止运动。机械制动装置是利用制动装置将物体的动能转化为摩擦能和势能以供消耗。

能耗制动：制动时，部分能量会通过电机的定子和转子以热量的形式耗散。另一部分能量返回到变频器的直流母线侧，为电容器充电并增加直流侧的电压。该能量可由变频器自身发热消耗掉，但如果不足，则必须通过制动单元由制动电阻放电消耗。制动单元的作用是控制制动电阻的导通。制动电阻并不总是有效，只有当直流母线电压上升到一定值且与其串联的制动单元开启时，电容器才通过制动电阻放电。制动电阻：制动电阻的瞬时放电功率，即制动功率=Vdc**2/Rb。制动电阻的阻值越低，放电电流越大，瞬时制动力也越大。电阻值不能小于规定值。制动电阻的额定功率是指平均承受功率，瞬时功率必须大于额定功率。严格来说，制动电阻的阻值和额定功率必须通过计算确定。实际中，往往是通过估计得到的。常见逆变器样品中的制动电阻通常具有非常低的功率，因此用于一般辅助目的。用于起重场合时必须重新计算。再生制动：将制动产生的能量返回到逆变器电源而不以热量形式消耗的方法称为“功率返回再生方法”或再生制动。事实上，该应用程序需要“能量回收单元”选项。直流制动：减速期间，变频器将直流电注入电机定子。这使得电机产生的热量能够耗散能量并提高制动效果。直流制动器还可以使电机在零速时更稳定地停止，防止电机因外力而旋转。直流制动可通过频率判断自动进行，也可通过逻辑端子强制输入。注意制动时间或电压不要设置过高，以免电机过热。开关频率对选型的影响：逆变器的发热主要来自于IGBT，IGBT的发热集中在开通和关断时刻。当然，随着开关频率的增加，逆变器会产生更多的热量，但一些制造商声称可以通过降低开关频率来增加容量。变频器与电机距离较远时的注意事项： 当变频器使用长电缆运行时，应采取措施减少长电缆对接地耦合电容的影响，以免变频器输出不足。变频器必须放大一档或两档，或者在变频器的输出端安装输出电抗器。电机并联运行：当使用变频器控制多台电机并联时，需要考虑从变频器到电机的电缆总长度在变频器的容差范围内。如果超过规定值，则需要选择大一档或两档的变频器，并加进进线电抗器。进一步地，这种情况下，变频器的控制方式仅为V/F控制方式，变频器无法实现电机的过流和过载保护。