变频器结构和工作原理

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1、变频器的结构和工作原理——郭春荣一、三相异步感应交流电动机的工作原理1.旋转磁场在一个可旋转的马蹄型磁铁中间，放置一只可转动的笼型短路线圈。当转动马蹄形磁铁时，笼型转子就会跟着一起旋转。这是因为当磁铁转动时，其磁感线(磁通)切割笼型转子的导体，在导体中因电磁感应而产生感应电动势，由于笼型转子本身是短路的，在电动势作用下导体中就有电流流过。该电流又和旋转磁场相互作用，产生转动力矩，驱动笼型转子随着磁场的转向而旋转起来，这就是异步电动机的简单旋转原理。在定子三相对称的定子绕组中通入对称三相电流即在气隙中产生旋转磁场一、三相异步感应交流电动机的工作原理电动机的旋

2、转磁场一、三相异步感应交流电动机的工作原理2.旋转磁场的转速在以上的分析中，旋转磁场只有一对磁极，即p=1，当电流变化一个周期，旋转磁场正好在空间转过一周。对50Hz工频交流电而言，旋转磁场每秒在空间旋转50周，n1=60f1=60×50r/min=3000r/min。若磁场有两对磁极，p=2，则电流变化一周，旋转磁场只转过0.5周，比磁极对数p=1情况下的转速慢了一半，即n1=60f1/2=1500r/min。同理，在3对磁极p=3情况下，电流变化一周，旋转磁场仅旋转了1/3周，即n1=60f1/3=1000r/min。以此类推，当旋转磁场有p对磁极，旋

3、转磁场的转速为：n1=60f1/p因此，只要平滑地调节异步电动机的定子供电频率f1，就可以平滑调节异步电动机的同步转速n1。由于转子是跟随旋转磁场同步旋转的，转子转速为n=n1(1-s)，所以变频能通过同步转速的改变实现异步电动机的无级调速。一、三相异步感应交流电动机的工作原理表面看来，只要改变定子电压的频率f1就可以调节转速的大小，但是事实上，只改变f1并不能正常调速。参考异步电动机的电压方程U1≈E1=4.44f1K1N1Φ假设现在只改变f1进行调速，设供电频率f1上下调节，而供电电压U1不变，因为K1N1常数，则异步电动机的主磁通Φ必将改变：如f1向

4、上调，则Φ会下降，这使得拖动转矩T下降，因为T=CTΦI2cosφ2，电动机的拖动能力会降低，对恒转矩负载会因拖不动而堵转；如f1向下调，则Φ会增强，这会带来更大的危险，因为电机铁磁材料的磁化曲线不是直线而具有饱和特性，设计电机时为了建立更强的磁场，其工频下的工作点已经接近磁饱和，如再增强磁场势必引起励磁电流（体现在定子电流上）急剧升高，最终烧坏电机。由上可知，只改变频率f实际上并不能正常调速。在许多场合，要求在调节定子供电频率f的同时，调节定子供电电压U的大小，通过U和f的不同配合实现安全的调频调速。一、三相异步感应交流电动机的工作原理由于Φ∝E1/f1

5、≈U1/f1，故调节三相异步电动机的供电频率f1时，按比例调节供电电压的U1的大小可以近似实现Φ为常数。以星形接法的电机为例，变频调速时，如供电50Hz对应220V相电压（一般为额定点），则25Hz需提供110V相电压，10Hz需提供44V相电压。保持E1/f1=常数控制方式的机械特性二、变频的控制方式1、u/f控制模式★控制特点：通过压频变换器使变频器的输出电压与输出频率成比例的改变，即U/?=常数。★性能特点：性价比高，输出转矩恒定即恒磁通控制，但速度控制的精度不高。适用于以节能为目的和对速度精度要求较低的场合。★低频稳定性较差：在低速运行时，会造成转

6、矩不足，需要进行转矩补偿。该变频器为开环控制，安装调试方便。二、变频的控制方式2、转差频率控制（U/f闭环控制）电动机由于存在转速差Δn，且转速差和转矩T成正比，当改变变频器的输出频率，使变频器的转差Δn改变时，变频器的输出转矩T改变，变频器的输出转速改变。就是通过控制转差Δn，来控制电动机的转矩，达到控制电动机转速的目的。这就是转差频率控制原理。由此可见，变频器要想达到以上控制目的，必须采取闭环控制，即变频器要设闭环反馈输入端子。二、变频的控制方式转差频率控制变频器内设比较电路和PID控制电路，处理目标信号和反馈信号。控制系统工作时为闭环控制。变频器给定

7、一个目标量，从变频器的控制量中取回反馈量，反馈量和目标量进行比较：当反馈量小于目标量，变频器给出频率上升信号使频率上升，Δn上升，转矩随之上升，电动机的转速随之上升；反之，变频器给出频率下降信号，Δn下降，转矩随之下降，电动机的转速随之下降。使电动机的实际转速按给定目标要求转动。二、变频的控制方式转差频率控制和U/f控制功能上的区别：U/f制变频器内部不用设置PID控制功能，不用设置反馈端子。而转差频率控制在变频器的内部要设比较电路和PID控制电路。如果用U/F控制变频器实现闭环控制，要在变频器之外配置PID控制板。3、矢量控制矢量控制是交流电动机用模拟直

8、流电动机的控制方法来进行控制。1）将控制信号按直流电动机的控制方法