變頻器的工作原理

索　華，董　連

（神華國能寶清煤電化有限公司，黑龍江　寶清　155600）

變頻器的工作原理

索華，董連

（神華國能寶清煤電化有限公司，黑龍江寶清155600）

摘要：變頻器具有穩(wěn)壓、調(diào)速、調(diào)壓、調(diào)頻等功能，它應(yīng)用了現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)，雖然價(jià)格昂貴、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但其性能良好、使用簡單，所以變頻器不只是用于電動(dòng)機(jī)，其不同的功率、外形、體積在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，制造成本的降低，變頻器還會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。本文主要從變頻器的工作原理入手，深入淺出的闡述變頻器的調(diào)速節(jié)能功能。

關(guān)鍵詞：變頻器；電壓；頻率

把電壓和頻率固定不變的交流電轉(zhuǎn)換為電壓和頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”，變頻器為基本的“交-直-交”單相逆變電路。

我們知道感應(yīng)式交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度n=60f/p（f代表頻率，p代表極對(duì)數(shù)），由此公式不難看出旋轉(zhuǎn)速度n的大小取決于電機(jī)的極數(shù)和頻率。根據(jù)電機(jī)的工作原理知道電機(jī)的極數(shù)是不變的，所以想要調(diào)整電機(jī)的速度那就不能通過改變電機(jī)的極數(shù)來實(shí)現(xiàn)了。根據(jù)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度計(jì)算公式可以看出，我們還可以通過調(diào)節(jié)進(jìn)入電機(jī)前的頻率，從而控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。所以，通過控制頻率來做為電機(jī)調(diào)速設(shè)備的變頻器是電機(jī)的最優(yōu)選擇。

基本頻率：是指與變頻器最大輸出電壓相對(duì)應(yīng)的頻率，也就是與電機(jī)額定電壓相對(duì)應(yīng)的那個(gè)頻率，用fBA表示。一般來說，基本頻率就等于電機(jī)的額定頻率，如圖所示：

基本U/f線：當(dāng)變頻器輸出頻率從0Hz上升到基本頻率fBA時(shí)，對(duì)應(yīng)的電壓也從0V上升到額定電壓，相應(yīng)的U/f線滿足公式U=Kf，稱為基本u/f線，如圖（a）所示：

如果電壓一定而只降低頻率，那么頻率降低時(shí)會(huì)使電機(jī)磁感應(yīng)線圈磁通增大，磁回路嚴(yán)重飽和，甚至還會(huì)將電機(jī)燒毀。因此變頻器在改變頻率的同時(shí)一定要控制變頻器電壓的輸出，從而保持電機(jī)磁通的一定，以避免產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象。

弱磁點(diǎn)：當(dāng)變頻器輸出頻率高于電機(jī)的額定頻率時(shí)，變頻器的輸出電壓最大只能等于電機(jī)的額定電壓，因此變頻器的輸出電壓不再隨頻率的上升而繼續(xù)增大了，如圖（b）中A點(diǎn)以后。此時(shí)，頻率f繼續(xù)增大而電壓U卻不變，這樣U/f將隨頻率的上升而減小，電機(jī)磁感線圈內(nèi)的磁通將因此減小，電機(jī)磁通處于弱磁狀態(tài)。因此，轉(zhuǎn)折點(diǎn)A即為弱磁點(diǎn)。

我們知道，對(duì)于一個(gè)電機(jī)來說，它的額定電流和額定電壓是一定的，因此當(dāng)輸出頻率超過額定頻率時(shí)，電壓就會(huì)剛好達(dá)到它的額定值，電壓不可以再繼續(xù)隨頻率呈線性關(guān)系變化，因此電機(jī)的最高電壓只能等于電機(jī)的額定電壓不會(huì)超過這個(gè)數(shù)值。

電機(jī)在工頻電源供電時(shí)，采用直接啟動(dòng)起動(dòng)電機(jī)起動(dòng)電流為額定電流的6-7倍，而采用星/三角啟動(dòng)、自耦減壓啟動(dòng)起動(dòng)電機(jī)起動(dòng)電流也為額定電流的4-5倍，起動(dòng)電流很大，將對(duì)電機(jī)產(chǎn)生很大的機(jī)械沖擊；而當(dāng)使用變頻器供電時(shí)，能無階躍的平穩(wěn)起動(dòng)或停止電機(jī)，因?yàn)樽冾l器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的，起動(dòng)電流為額定電流的1.2-1.5倍，所以沖擊就要弱一些，并能有效的降低起動(dòng)電流及配電容量，消除了對(duì)電機(jī)的機(jī)械沖擊應(yīng)力，延長使用壽命。

變頻器在電廠的實(shí)際應(yīng)用主要表現(xiàn)在在風(fēng)機(jī)和泵上，例如給煤機(jī)、引風(fēng)機(jī)、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵等。在生產(chǎn)運(yùn)行過程中我們?yōu)榱吮ＷC這些設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，所以在選配驅(qū)動(dòng)動(dòng)力時(shí)，我們?cè)谶@些機(jī)械設(shè)備上都留有一定的裕度。若根據(jù)負(fù)荷的需要電機(jī)不需要在滿負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，去掉滿足實(shí)際的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力以外，剩下的力矩就成了損耗，包括熱能損耗、有功功率損耗，這樣一來就會(huì)造成電能的不必要的浪費(fèi)。在沒有應(yīng)用變頻器的情況下，風(fēng)機(jī)、泵等設(shè)備調(diào)速是通過調(diào)節(jié)出入口的調(diào)節(jié)擋板的開度、閥門的開度、動(dòng)葉的開度等，通過調(diào)節(jié)這些開度的大小來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)或泵的風(fēng)量或水量，其實(shí)際動(dòng)力的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于調(diào)節(jié)這些開度所用的輸入功率，這樣一來擋板、閥門、動(dòng)葉的截流就會(huì)造成大量的電能消耗?，F(xiàn)在我們通過變頻器來對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行調(diào)速，當(dāng)負(fù)荷根據(jù)實(shí)際要求減小時(shí)，通過變頻器來降低泵或風(fēng)機(jī)的頻率從而降低它的轉(zhuǎn)速就可以滿足實(shí)際生產(chǎn)需要了，這樣不但降低了電能的損耗，也保證了設(shè)備長期運(yùn)行的安全。這也就應(yīng)用了變頻器的調(diào)速節(jié)能功能了。

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