一、變頻器基礎(chǔ)
VVVF 改變電壓、改變頻率(Variable Voltage and Variable Frequency)的縮寫�
CVCF 恒電�、恒頻率(Constant Voltage and Constant Frequency)的縮寫�
各國(guó)使用的交流供電電�,無論是用于家庭還是用于工廠,其電壓和頻率均200V/60Hz�50Hz)或100V/60Hz�50Hz�,等�。通常,把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器�。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻�,該�(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電(DC�。把直流電(DC)變換為交流電(AC)的裝置,其科學(xué)�(shù)�(yǔ)為“inverter�(逆變�)。由于變頻器�(shè)備中�(chǎn)生變化的電壓或頻率的主要裝置叫“inverter�,故該產(chǎn)品本身就被命名為“inverter”,即:變頻�,變頻器也可用于家電�(chǎn)品。使用變頻器的家電產(chǎn)品中不僅有電�(jī)(例如空�(diào)等),還有熒光燈等產(chǎn)�。用于電�(jī)控制的變頻器,既可以改變電壓,又可以改變頻率。但用于熒光燈的變頻器主要用于調(diào)節(jié)電源供電的頻�。汽車上使用的由電池(直流電)產(chǎn)生交流電的設(shè)備也以“inverter”的名稱�(jìn)行出�。變頻器的工作原理被廣泛�(yīng)用于各�(gè)�(lǐng)�。例如計(jì)算機(jī)電源的供�,在該項(xiàng)�(yīng)用中,變頻器用于抑制反向電壓、頻率的波動(dòng)及電源的瞬間斷電�
�� 電機(jī)的旋�(zhuǎn)速度為什么能夠自由地改變�
r/min電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度單位:每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù),也可表示為rpm。例如:4極電�(jī) 60Hz 1,800 [r/min]�4極電�(jī) 50Hz 1,500 [r/min],電�(jī)的旋�(zhuǎn)速度同頻率成比例� 本文中所指的電機(jī)為感�(yīng)式交流電�(jī),在工業(yè)�(lǐng)域所使用的大部分電機(jī)均為此類型電�(jī)。感�(yīng)式交流電�(jī)(以后簡(jiǎn)稱為電機(jī))的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機(jī)的極�(shù)和頻率。由電機(jī)的工作原理決定電�(jī)的極�(shù)是固定不變的。由于該極數(shù)值不是一�(gè)連續(xù)的數(shù)值(�2的倍數(shù),例如極�(shù)�2�4�6�,所以不適和改變?cè)撝祦碚{(diào)整電�(jī)的速度。另�,頻率是電機(jī)供電電源的電信號(hào),所以該值能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供給電機(jī),這樣電機(jī)的旋�(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。因�,以控制頻率為目的的變頻�,是做為電機(jī)�(diào)速設(shè)備的�(yōu)選設(shè)備�
n = 60f/p,n: 同步速度,f: 電源頻率 ,p: 電機(jī)極數(shù),改變頻率和電壓是比較好的電�(jī)控制方法 。如果僅改變頻率,電�(jī)將被燒壞。特別是�(dāng)頻率降低�(shí),該問題就非常突�。為了防止電�(jī)燒毀事故的發(fā)�,變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要同�(shí)改變電壓,例如:為了使電�(jī)的旋�(zhuǎn)速度減半,變頻器的輸出頻率必須從60Hz改變�30Hz,這時(shí)變頻器的輸出電壓就必須從200V改變到約100V。如果要正確的使用變頻器, 必須�(rèn)真地考慮散熱的問�。變頻器的故障率隨溫度升高而成指數(shù)的上升。使用壽命隨溫度升高而成指數(shù)的下�。環(huán)境溫度升�10�,變頻器使用壽命減半。因�,我們要重視散熱問題�!在變頻器工作時(shí),流過變頻器的電流是很大�, 變頻器產(chǎn)生的熱量也是非常大的,不能忽視其�(fā)熱所�(chǎn)生的影響�
通常,變頻器安裝在控制柜�。我們要了解一�(tái)變頻器的�(fā)熱量大概是多�� 可以用以下公式估算: �(fā)熱量的近似值= 變頻器容量(KW)×55 [W]在這里� 如果變頻器容量是以恒�(zhuǎn)矩負(fù)載為�(zhǔn)�(過流能力150% * 60s) 如果變頻器帶有直流電抗器或交流電抗器, 并且也在柜子里面, 這時(shí)�(fā)熱量�(huì)更大一�� 電抗器安裝在變頻器側(cè)面或�(cè)上方比較�。這時(shí)可以用估算: 變頻器容量(KW)×60 [W]�?yàn)楦髯冾l器廠家的硬件都差不多,所以上式可以針�(duì)各品牌的�(chǎn)�� 注意� 如果有制�(dòng)電阻的話,因?yàn)橹苿?dòng)電阻的散熱量很大� 因此最好安裝位置和變頻器隔離開� 如裝在柜子上面或旁邊�。那�, 怎樣采能降低控制柜內(nèi)的發(fā)熱量�? �(dāng)變頻器安裝在控制�(jī)柜中�(shí),要考慮變頻器發(fā)熱值的問題。根�(jù)�(jī)柜內(nèi)�(chǎn)生熱量值的增加,要適當(dāng)?shù)卦黾訖C(jī)柜的尺寸。因�,要使控制機(jī)柜的尺寸盡量減小,就必須要使�(jī)柜中�(chǎn)生的熱量值盡可能地減少。如果在變頻器安裝時(shí),把變頻器的散熱器部分放到控制機(jī)柜的外面,將�(huì)使變頻器�70%的�(fā)熱量釋放到控制機(jī)柜的外面。由于大容量變頻器有很大的發(fā)熱量,所以對(duì)大容量變頻器更加有效。還可以用隔離板把本體和散熱器隔�, 使散熱器的散熱不影響到變頻器本體。這樣效果也很�。變頻器散熱�(shè)�(jì)中都是以垂直安裝為基�(chǔ)�,橫著放散熱�(huì)變差�! �(guān)于冷卻風(fēng)扇一般功率稍微大一�(diǎn)的變頻器� 都帶有冷卻風(fēng)�。同�(shí),也建議在控制柜上出�(fēng)口安裝冷卻風(fēng)�。�(jìn)�(fēng)口要加濾�(wǎng)以防止灰塵�(jìn)入控制柜� 注意控制柜和變頻器上的風(fēng)扇都是要的,不能�(shuí)替代�(shuí)�
其他�(guān)于散熱的問題
�1)在海拔高于1000m的地�,因?yàn)榭諝饷芏冉档?,因�?yīng)加大柜子的冷卻風(fēng)量以改善冷卻效果。理論上變頻器也�(yīng)考慮降容�1000m�-5%。但由于�(shí)際上�?yàn)樵O(shè)�(jì)上變頻器的負(fù)載能力和散熱能力一般比�(shí)際使用的要大� 所以也要看具體�(yīng)�� 比方說在1500m的地�,但是周期性負(fù)�,如電梯,就不必要降��
�2)開�(guān)頻率:變頻器的發(fā)熱主要來自于IGBT,IGBT的發(fā)熱有集中在開和關(guān)的瞬�� 因此開關(guān)頻率高時(shí)自然變頻器的�(fā)熱量就變大了。有的廠家宣稱降低開�(guān)頻率可以�(kuò)容, 就是這�(gè)道理�
三、矢量控制是怎樣使電�(jī)具有大的�(zhuǎn)矩的�
1、轉(zhuǎn)矩提升:此功能增加變頻器的輸出電�,以使電�(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比的關(guān)系增加,從而改善電�(jī)的輸出轉(zhuǎn)�。改善電�(jī)低速輸出轉(zhuǎn)矩不足的技�(shù),使用"矢量控制",可以使電機(jī)在低�,如(無速度傳感器時(shí))1Hz(對(duì)4極電�(jī),其�(zhuǎn)速大約為30r/min)時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到電�(jī)�50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩(最大約為額定轉(zhuǎn)矩的150%)。對(duì)于常�(guī)的V/F控制,電�(jī)的電壓降隨著電機(jī)速度的降低而相�(duì)增加,這就�(dǎo)致由于勵(lì)磁不�,而使電機(jī)不能獲得足夠的旋�(zhuǎn)力。為了補(bǔ)償這�(gè)不足,變頻器中需要通過提高電壓,來�(bǔ)償電�(jī)速度降低而引起的電壓�。變頻器的這�(gè)功能叫做"�(zhuǎn)矩提�"�*1)。轉(zhuǎn)矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電�,電�(jī)�(zhuǎn)矩并不能和其電流相對(duì)�(yīng)的提高� �?yàn)殡姍C(jī)電流包含電機(jī)�(chǎn)生的�(zhuǎn)矩分量和其它分量(如�(lì)磁分量)�"矢量控制"把電�(jī)的電流值�(jìn)行分�,從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機(jī)電流分量和其它電流分量(如勵(lì)磁分量)的數(shù)�。“矢量控制”可以通過�(duì)電機(jī)端的電壓降的響應(yīng),�(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)�,在不增加電流的情況�,允許電�(jī)�(chǎn)出大的轉(zhuǎn)�。此功能�(duì)改善電機(jī)低速時(shí)溫升也有��
2、變頻器制動(dòng)的情�
制動(dòng)的概念:指電能從電機(jī)�(cè)流到變頻器側(cè)(或供電電源�(cè)�,這時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)�.�(fù)載的能量分為�(dòng)能和�(shì)能。動(dòng)�(由速度和重量確定其�?。╇S著物體的�(yùn)�(dòng)而累�。當(dāng)�(dòng)能減為零�(shí),該事物就處在停�?fàn)顟B(tài)。機(jī)械抱閘裝置的方法是用制動(dòng)裝置把物體動(dòng)能轉(zhuǎn)換為摩擦和能消耗掉。對(duì)于變頻器,如果輸出頻率降�,電�(jī)�(zhuǎn)速將跟隨頻率同樣降低。這時(shí)�(huì)�(chǎn)生制�(dòng)過程. 由制�(dòng)�(chǎn)生的功率將返回到變頻器側(cè)。這些功率可以用電阻發(fā)熱消耗。在用于提升類負(fù)�,在下降時(shí),能�(�(shì)�)也要返回到變頻器(或電�)�(cè),�(jìn)行制�(dòng)。這種操作方法被稱作“再生制�(dòng)”,而該方法可應(yīng)用于變頻器制�(dòng)。在減速期�,產(chǎn)生的功率如果不通過熱消耗的方法消耗掉,而是把能量返回送到變頻器電源側(cè)的方法叫�"功率返回再生方法"。在�(shí)際中,這種�(yīng)用需要“能量回饋單元”選��
3、怎樣提高制動(dòng)能力�
為了用散熱來消耗再生功率,需要在變頻器側(cè)安裝制動(dòng)電阻。為了改善制�(dòng)能力,不能期望靠增加變頻器的容量來解決問�。請(qǐng)選用“制�(dòng)電阻�、“制�(dòng)單元”或“功率再生變換器”等選件來改善變頻器的制�(dòng)容量�
4、當(dāng)電機(jī)的旋�(zhuǎn)速度改變�(shí),其輸出�(zhuǎn)矩會(huì)怎樣�
1)工頻電源由電網(wǎng)提供的動(dòng)力電源(商用電源�
起動(dòng)電流�(dāng)電機(jī)開始�(yùn)�(zhuǎn)�(shí),變頻器的輸出電流變頻器�(qū)�(dòng)�(shí)的起�(dòng)�(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)�(dòng)�
2)我們經(jīng)常聽到下面的說法:“電�(jī)在工頻電源供電時(shí)�*1)時(shí),電�(jī)的起�(dòng)和加�?zèng)_擊很�,而當(dāng)使用變頻器供電時(shí),這些沖擊就要弱一些�。如果用大的電壓和頻率起�(dòng)電機(jī),例如使用工頻電�(wǎng)直接供電,就�(huì)�(chǎn)生一�(gè)大的起動(dòng)沖擊(大的起�(dòng)電流 (*2) �。而當(dāng)使用變頻器時(shí),變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的,所以電�(jī)�(chǎn)生的�(zhuǎn)矩要小于工頻電網(wǎng)供電的轉(zhuǎn)矩�。所以變頻器�(qū)�(dòng)的電�(jī)起動(dòng)電流要小�。通常,電�(jī)�(chǎn)生的�(zhuǎn)矩要隨頻率的�?。ㄋ俣冉档停┒鴾p些減小的實(shí)際數(shù)�(jù)在有的變頻器手冊(cè)中會(huì)給出說明。通過使用磁通矢量控制的變頻�,將改善電機(jī)低速時(shí)�(zhuǎn)矩的不足,甚至在低速區(qū)電機(jī)也可輸出足夠的轉(zhuǎn)�。當(dāng)變頻器調(diào)速到大于60Hz頻率�(shí),電�(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低。通常的電�(jī)是按50Hz(60Hz)電壓�(shè)�(jì)制造的,其額定�(zhuǎn)矩也是在這�(gè)電壓范圍�(nèi)給出�。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒�(zhuǎn)矩調(diào)�. (T=Te,P<=Pe) 變頻器輸出頻率大�50Hz頻率�(shí),電�(jī)�(chǎn)生的�(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。當(dāng)電機(jī)以大�60Hz頻率速度�(yùn)行時(shí),電�(jī)�(fù)載的大小必須要給予考慮,以防止電機(jī)輸出�(zhuǎn)矩的不足。舉�,電�(jī)�100Hz�(shí)�(chǎn)生的�(zhuǎn)矩大約要降低�50Hz�(shí)�(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1/2。因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率�(diào)�.(P=Ue*Ie)�