什么是变频器？

变频器是利用功率半导体器件的通断功能将工频电源变换为另一频率的电力控制装置。

可分为AC-AC变频器和AC-DC-AC变频器。

AC-AC变换器可直接将交流电变换为变频、变压的交流电；

AC-DC-AC逆变器首先通过整流器将交流电整流为直流电，然后通过逆变器将直流电转换为可变频率和电压的交流电。

变频器的组成：

变频器由主电路和控制电路两部分组成。 主电路由整流器、滤波器和逆变器三个主要部分组成。 控制回路由单片机、驱动电路和光电隔离电路组成。

变频技术是为了应对交流电机无级调速的需要而诞生的。 随着电力电子器件的发展【从SCR（晶闸管）到如今的IGBT（绝缘栅双极型晶体管）】，电力变换技术的不断发展和脉宽调制变压变频调速理论（PWM-VVVF）的成熟。

变频调速原理：

三相异步电动机的转速为：n=n0(1-s)

其中：n0=60f/p，为同步转速

所以 n=60f(1-s)/p

改变电机的极对数（p）；

改变电机的滑差；

转子串联电阻调速、转子串级调速；

改变电机电源频率（f），即变频调速。

根据三相异步电动机公式：

E=4.Ø

f1-电机频率。

N——每相绕组的匝数；

Ø-电机气隙磁通；

K——与绕组有关的常数。

Ф=E/(4.)=KФ(E/f1)≈KФ(U/f1)

变频调速控制

变频调速优点：

变频调速主要有以下优点：

1、调速范围宽，可以使异步电机0-100%无级调速（加减速时间可调）；

2、启动电流小，但启动扭矩大；

3、启动平稳，消除机械冲击，保护机械设备；

4、对电机具有保护功能，降低电机的维护成本；

5、在适宜条件下具有显着的节电效果。

常用低压逆变器功能简介：

完善的保护功能（自保护和负载保护）：

基本接线：

变频器寿命：

逆变器虽然是静态设备，但也有滤波电容、散热风扇等消耗部件。 如果定期维护和更新，其使用寿命可达10年以上。

变频器调速节电原理：

变频器是一种节电产品，但变频器本身并不省电，相反，它本身也消耗电力，其作用是改变电机的转速；

变频器的节电效果完全取决于电机负载的工作状况——需要调节速度来节电。

示例：离心泵的特性

减少操作（Q1-Q2）：

调节出口阀时泵工作点的变化：

减少操作（Q1-Q2）：

调速时泵工作点的变化：

阀门与调速能耗对比：

根据离心泵轴功率公式：P=kQHρ/η

式中：P——泵工作点的轴功率，kW

Q——工况点的流量，m3/s

H——工作点头部，m

ρ——介质密度，kg/m3

η——工作点泵效率，%

求出泵在b、c点运行的轴功率和损耗功率△P：

△P=Pb-Pc≈kQ2(Hb-Hc)ρ/η

什么是高压逆变器？

一般输出电压为3KV~13.8KV的逆变器称为高压逆变器。

国外称为中压逆变器，国内称为高压逆变器，主要是与低压逆变器相对。

常用高压变频器分类：

按输出电压模式分：

高-高型：逆变输出楼宇自控风机端子，无需升压变压器

高-低-高型：低压逆变器，根据中间环节类型有降压和升压过程

电压源：中间直流环节为电容器

电流源：中间直流环节是一个电感

按逆变电路结构类型分：

三级（中心点夹紧）

GTO/SGCT电流源逆变器

功率单元电压系列结构

某品牌高压变频器的结构：

几种调速方式对比：

逆变器的散热及旁路：

二级结构图：

控制电源：

1.外接电源→UPS

2.UPS→面板

风扇功率：

变压器 → 风扇

电压、电流检测：

逆变器控制信号：

逆变器输出：

外部信号输入

机组与主板通讯方式：

功率单元冷却方式：

水平冷却：

垂直冷却：

垂直通风散热技术，风道小，散热风扇利用率高，散热效果好；

由于电解电容位于风道内，散热好，寿命大大增加

结构设计简单合理，便于整体发货。

整个逆变器的冷却方式：

方式一：室外冷风—逆变器—热风—风道通向室外

特征：

1）施工简单，维护量大（定期清洗滤网）。

2）成本低，冷却效果好。

3）运行稳定性取决于当地环境，适用于环境较好、粉尘少的场合。

方式二：室外冷风—逆变器—热风—室内—室外

优点：无需额外的管道或空调成本。 适合北方冬季使用。

缺点：散热受外界温度影响较大，逆变器容易因过热而停机。

方法三：房间密封，室内空调制冷-室内冷风-变频-热风-室内。

优点：由于室内外空气没有直接循环，容易保持室内环境清洁，空调冗余配置。

缺点：空调的可靠性会影响逆变器的稳定运行，空调成本高，运行成本高。

方式四：室内冷风-逆变器-热风-风水冷散热器-冷风-室内

1）冷却效果更好，降低设备运行成本，设备使用寿命长，故障率低，性能可靠。

逆变旁路模式：

(1)一对一手动切换旁路方案

(2) 一对一自动接触器旁路方案

(3)一拖二手动切换旁路方案

(4)一拖二自动旁路方案

同步切换（电机软启动）

自动与手动旁路比较：

变频器节能原理：

交流异步电机：

F：电机输入电源频率

P：为异步电机的极对数

N：电机拖动负载的转速

S：滑差（一般：0-0.05）

对于平方扭矩负载的风机、水泵来说，电机的输出功率与电机转速的三次方成正比。

风机、水泵负载一般称为平方扭矩负载，扭矩与转速成平方关系； 它的功率等于扭矩乘以转速，即功率与转速成三次方关系。 节能的基础。

术语：

平方扭矩负载：在各种风机、水泵、油泵中，随着叶轮的旋转，一定转速范围内空气或液体产生的阻力，大致与转速n的二次方成正比。 随着速度降低，扭矩按照速度的平方减小。 该负载所需的功率与速度的三次方成正比。

恒转矩负载：负载转矩TL与转速n无关，在任何转速下TL始终保持恒定或基本不变。 例如，传送带、搅拌机、挤出机等摩擦载荷，以及起重机、卷扬机等势能载荷，都属于恒扭矩载荷。

恒功率负载：塑料薄膜生产中的机床及轧机、造纸机、卷取机、开卷机等主轴所需的扭矩一般与转速成反比。 这就是所谓的恒功率负载。

变频与工频：

变频指的是电机。 你所说的变频泵应该是变频电机驱动的泵。

变频是指频率可以调节，变频电机可以调节速度； 工频电机是我们日常使用的频率50Hz，速度无法调节。

变频泵可以调节流量，工频泵流量恒定且不可调。

工频是指我国的工频，50HZ，是一个常数。

选择变频器时应确定以下几点：

1）采用变频的目的； 恒压控制或恒流控制等

2）逆变器的负载类型； 如叶片泵或容积泵等，要特别注意负载的性能曲线，它决定了应用的方法。

3）逆变器与负载的匹配问题；

一、电压匹配：逆变器的额定电压与负载的额定电压一致。

二. 电流匹配：对于普通离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流一致。 对于深水泵等特殊负载，需要参考电机性能参数确定变频器电流和最大电流的过载能力。

三． 扭矩匹配； 当有恒转矩负载或有减速装置时，可能会出现这种情况。

4）当使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗较小，高次谐波的增加会导致输出电流值的增加。 因此，高速电机所用变频器的选择容量比普通电机稍大一些。

5）如果逆变器需要长电缆运行，应采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免逆变器输出不足。 输出端安装有输出电抗器。

6）对于一些特殊应用，如高温、高海拔等，会导致逆变器降额，应将逆变器容量增大一档。

变频器与电机之间的距离决定了电缆及接线方式：

一、变频器与电机之间的距离应尽可能短。 这减少了电缆的接地电容并减少了干扰的发射源。

二. 控制电缆使用屏蔽电缆，动力电缆使用屏蔽电缆，或者使用导管对从变频器到电机的屏蔽。

三． 电机电缆应独立于其他电缆走线，最小距离为500mm。 同时避免电机电缆与其他电缆长距离并联运行，以减少变频器输出电压快速变化带来的电磁干扰。 如果控制电缆和动力电缆交叉，应尽量以90度角交叉。 与变频器相关的模拟信号线与主电路线分开走线，即使在控制柜内也是如此。

四． 与变频器相关的模拟信号线最好使用屏蔽双绞线，电源线最好使用屏蔽三芯电缆（其规格比普通电机电缆大）或遵循变频器的用户手册。

逆变器控制原理图：

一、主电路：电抗器的作用是防止逆变器产生的高次谐波通过电源的输入电路返回电网，从而影响其他用电设备。 需要根据逆变器的容量决定是否加电抗器； 滤波器安装在变频器的输出端，用于降低变频器输出的高次谐波。 当变频器与电机距离较长时，应加装滤波器。 虽然变频器本身具有各种保护功能，但缺相保护并不完善。 断路器在主电路中起过载、缺相保护作用。 可根据变频器的容量进行选择。 热继电器可用变频器本身的过载保护来代替。

二. 控制电路：具有工频转换手动切换功能，当变频出现故障时，可手动切换至工频运行。 由于输出端不能供电，所以固定工频和变频必须联锁。

4）变频器接地：

逆变器的正确接地是提高系统稳定性、抑制噪声的重要手段。 变频器接地端子的接地电阻应尽可能小。 接地线截面不应小于4mm，长度不应超过5m。 变频器的接地点应与电源设备的接地点分开，不能共地。 信号线屏蔽层一端连接逆变器接地端，另一端悬空。 变频器与控制柜电气连接。

变频控制柜设计：

变频器应安装在控制柜内部，控制柜设计时应注意以下问题：

1）散热问题：逆变器的热量是由内部损耗产生的。 在逆变器各部分的损耗中，主电路是主要的，约占98%，控制电路占2%。 为了保证逆变器正常可靠工作，需要对逆变器进行散热。 我们通常使用风扇来散热； 逆变器内置风扇可以带走逆变器箱内的热量。 如果风扇无法正常工作，请立即停止逆变器； 大功率逆变器还需要在控制柜内加装风扇。 控制柜风道设计合理，所有进风口均应安装防尘网，保证排气顺畅，避免柜内产生涡流和固定位置灰尘堆积； 根据变频器使用说明书中的通风量选择配套的风扇，安装风扇时注意防震问题。

2）电磁干扰问题：

一、由于变频器在工作时进行整流、变频，周围会产生大量的干扰电磁波。 这些高频电磁波对附近的仪器仪表有一定的干扰，并且会产生高次谐波。 这种高次谐波会通过供电回路进入整个供电网络，从而影响其他仪器。 如果变频器的功率占整个系统的25%以上，就需要考虑控制电源的抗干扰措施。

二. 当系统中存在高频冲击负载时，如电焊机、电镀电源等，逆变器本身会因干扰而受到保护，因此要考虑整个系统的电能质量。

逆变器接线规范：

信号线和电源线必须分开走线：当使用模拟信号远程控制变频器时，为了减少模拟信号对变频器及其他设备的干扰，请将控制变频器的信号线与电源线分开走线。顺序控制回路）单独接线。 距离应大于30cm。 即使在控制柜内，也需要保持这样的接线规范。 该信号与变频器之间的最长控制回路线不得超过50m。

信号线和电源线必须放置在不同的金属管或金属软管中：如果连接PLC和变频器的信号线不放置在金属管中，则很容易受到变频器和外部的干扰。设备; 由于没有内置电抗器，因此变频器的输入输出级电源线会对外界产生较强的干扰，因此放置信号线的金属管或金属软管必须延伸至变频器的控制端子，确保信号线与电源线完全分离。

1）模拟控制信号线应采用双绞屏蔽线，线材规格为0.75mm2。 接线时必须注意，剥开的电缆应尽可能短（约5-7mm），同时剥开后的屏蔽层要用绝缘胶带包裹，以防止屏蔽线与其他电线接触。设备并造成干扰。

2）为了提高接线的简便性和可靠性，建议信号线上使用压接条端子。

变频器的操作及相关参数的设置：

变频器的设置参数很多，每个参数都有一定的选择范围。 在使用过程中，经常会遇到因个别参数设置不当而导致变频器无法正常工作的情况。

控制方式：速度控制、扭矩控制、PID控制或其他方式。 采用控制方法后，一般需要根据控制精度进行静态或动态辨识。

最低运行频率：电机运行的最低速度。 电机低速运转时，散热性能较差。 如果电机长时间低速运行，会导致电机烧毁。 而且在低速时，电缆中的电流也会增大，这也会导致电缆发热。

最高工作频率：一般变频器的最高频率为60Hz，有的甚至达到400Hz。 高频率会使电机高速运转。 对于普通电机来说，轴承不能长时间超额定转速运行。 电机转子能否承受这样的离心力。

载波频率：载波频率设置越高，高次谐波分量越大，与电缆长度、电机发热、变频器发热等因素密切相关。

电机参数：变频器在参数中设置了电机的功率、电流、电压、转速、最高频率等，这些参数可以直接从电机铭牌上获取。

跳频：在某个频率点，可能会发生共振，尤其是整个设备较高时； 控制压缩机时，避开压缩机的喘振点。

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