變頻器結構設計作用
變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設備。其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉矩計算的CPU以及一些相應的電路。
1. 整流器 ，它與單相或三相交流電源相連接，產生脈動的直流電壓。
2. 中間電路，有以下三種作用：
a. 使脈動的直流電壓變得穩(wěn)定或平滑，供逆變器使用。
b. 通過開關電源為各個控制線路供電。
c. 可以配置濾波或制動裝置以提高變頻器性能。
3. 逆變器 ，將固定的直流電壓變換成可變電壓和頻率的交流電壓。
4. 控制電路 ，它將信號傳送給整流器、中間電路和逆變器，同時它也接收來自這些部分的信號。其主要組成部分是：輸出驅動電路、操作控制電路。主要功能是：
a. 利用信號來開關逆變器的半導體器件。
b. 提供操作變頻器的各種控制信號。
c. 監(jiān)視變頻器的工作狀態(tài)，提供保護功能。
變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成的。
1. 電機的旋轉速度為什么能夠自由地改變？
1: r/min 電機旋轉速度單位：每分鐘旋轉次數(shù)，也可表示為rpm.
例如：2極電機 50Hz 3000 [r/min]
4極電機 50Hz 1500 [r/min]
結論：電機的旋轉速度同頻率成比例
本文中所指的電機為感應式交流電機，在工業(yè)中所使用的大部分電機均為此類型電機。感應式交流電機（以后簡稱為電機）的旋轉速度近似地確決于電機的極數(shù)和頻率。由電機的工作原理決定電機的極數(shù)是固定不變的。由于該極數(shù)值不是一個連續(xù)的數(shù)值（為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2，4，6），所以一般不適和通過改變該值來調整電機的速度。
另外，頻率能夠在電機的外面調節(jié)后再供給電機，這樣電機的旋轉速度就可以被自由的控制。
因此，以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機調速設備的優(yōu)選設備。
n = 60f/p
n: 同步速度
f: 電源頻率
p: 電機極對數(shù)
結論：改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機控制方法
如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時會使電機出于過電壓（過勵磁），導致電機可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時，電壓卻不可以繼續(xù)增加，最高只能是等于電機的額定電壓。
例如：為了使電機的旋轉速度減半，把變頻器的輸出頻率從50Hz改變到25Hz，這時變頻器的輸出電壓就需要從400V改變到約200V
2. 當電機的旋轉速度（頻率）改變時，其輸出轉矩會怎樣？
1: 工頻電源
由電網提供的動力電源（商用電源）
2: 起動電流
當電機開始運轉時，變頻器的輸出電流
變頻器驅動時的起動轉矩和最大轉矩要小于直接用工頻電源驅動
電機在工頻電源供電時起動和加速沖擊很大，而當使用變頻器供電時，這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動會產生一個大的起動起動電流。而當使用變頻器時，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的，所以電機起動電流和沖擊要小些。
通常，電機產生的轉矩要隨頻率的減�。ㄋ俣冉档停┒鴾p小。減小的實際數(shù)據在有的變頻器手冊中會給出說明。
通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機低速時轉矩的不足，甚至在低速區(qū)電機也可輸出足夠的轉矩。
3. 當變頻器調速到大于50Hz頻率時，電機的輸出轉矩將降低
通常的電機是按50Hz電壓設計制造的，其額定轉矩也是在這個電壓范圍內給出的。因此在額定頻率之下的調速稱為恒轉矩調速. (T=Te, P<=Pe)
變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時，電機產生的轉矩要以和頻率成反比的線性關系下降。
當電機以大于50Hz頻率速度運行時，電機負載的大小必須要給予考慮，以防止電機輸出轉矩的不足。
舉例，電機在100Hz時產生的轉矩大約要降低到50Hz時產生轉矩的1/2。
因此在額定頻率之上的調速稱為恒功率調速. (P=Ue*Ie)
4. 變頻器50Hz以上的應用情況
大家知道, 對一個特定的電機來說, 其額定電壓和額定電流是不變的。
如變頻器和電機額定值都是: 15kW/380V/30A, 電機可以工作在50Hz以上。
當轉速為50Hz時, 變頻器的輸出電壓為380V, 電流為30A. 這時如果增大輸出頻率到60Hz, 變頻器的最大輸出電壓電流還只能為380V/30A. 很顯然輸出功率不變. 所以我們稱之為恒功率調速.
這時的轉矩情況怎樣呢?
因為P=wT (w:角速度, T:轉矩). 因為P不變, w增加了, 所以轉矩會相應減小。
我們還可以再換一個角度來看:
電機的定子電壓 U = E + I*R (I為電流, R為電子電阻, E為感應電勢)
可以看出, U,I不變時, E也不變.
而E = k*f*X, (k:常數(shù), f: 頻率, X:磁通), 所以當f由50-->60Hz時, X會相應減小
對于電機來說, T=K*I*X, (K:常數(shù), I:電流, X:磁通), 因此轉矩T會跟著磁通X減小而減小.
同時, 小于50Hz時, 由于I*R很小, 所以U/f=E/f不變時, 磁通(X)為常數(shù). 轉矩T和電流成正比. 這也就是為什么通常用變頻器的過流能力來描述其過載(轉矩)能力. 并稱為恒轉矩調速(額定電流不變-->最大轉矩不變)
結論: 當變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時, 電機的輸出轉矩會減小.
5. 其他和輸出轉矩有關的因素
發(fā)熱和散熱能力決定變頻器的輸出電流能力，從而影響變頻器的輸出轉矩能力。
載波頻率: 一般變頻器所標的額定電流都是以最高載波頻率, 最高環(huán)境溫度下能保證持續(xù)輸出的數(shù)值. 降低載波頻率, 電機的電流不會受到影響。但元器件的發(fā)熱會減小。
環(huán)境溫度：就象不會因為檢測到周圍溫度比較低時就增大變頻器保護電流值.
海拔高度: 海拔高度增加, 對散熱和絕緣性能都有影響.一般1000m以下可以不考慮. 以上每1000米降容5%就可以了.
6. 矢量控制是怎樣改善電機的輸出轉矩能力的？
*1: 轉矩提升
此功能增加變頻器的輸出電壓（主要是低頻時），以補償定子電阻上電壓降引起的輸出轉矩損失，從而改善電機的輸出轉矩。
改善電機低速輸出轉矩不足的技術
使用"矢量控制"，可以使電機在低速,如(無速度傳感器時)1Hz（對4極電機，其轉速大約為30r/min）時的輸出轉矩可以達到電機在50Hz供電輸出的轉矩（最大約為額定轉矩的150％）。
對于常規(guī)的V/F控制，電機的電壓降隨著電機速度的降低而相對增加，這就導致由于勵磁不足，而使電機不能獲得足夠的旋轉力。為了補償這個不足，變頻器中需要通過提高電壓，來補償電機速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個功能叫做"轉矩提升"（*1）。
轉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壓，電機轉矩并不能和其電流相對應的提高。 因為電機電流包含電機產生的轉矩分量和其它分量（如勵磁分量）。
"矢量控制"把電機的電流值進行分配，從而確定產生轉矩的電機電流分量和其它電流分量（如勵磁分量）的數(shù)值。
"矢量控制"可以通過對電機端的電壓降的響應，進行優(yōu)化補償，在不增加電流的情況下，允許電機產出大的轉矩。此功能對改善電機低速時溫升也有效。
本文章來自于虹潤儀表：5066atat.cn/
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