變頻器基礎(chǔ)講座（一）--變頻的基本概念
1.什么是變頻器？
VVVF－改變電壓、改變頻率（Variable Voltage and VariableFrequency）的縮寫?！ ?/span>
CVCF－恒電壓、恒頻率（Constant Voltage and ConstantFrequency）的縮寫
各國使用的交流供電電源，無論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率均為400V/50Hz或200V/60Hz（50Hz），等等。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)生可變的電壓和頻率，該設(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)術(shù)語為"inverter"(逆變器)。由于變頻器設(shè)備中產(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：變頻器 變頻器也可用于家電等領(lǐng)域。用于電機(jī)控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率?！ ?/span>
2. 部分常用術(shù)語中英文對照
變頻器：inverter(日本常用)，
AC Drive(歐美常用)，
Frequency Converter (歐州常用)
變流器converters
整流rectifying-rectification
整流器rectifier
逆變inverting-inversion
逆變器inverter
轉(zhuǎn)矩脈動torquepulsation
脈寬調(diào)制(PWM)pulse width modulation
諧波harmonic
矢量控制(VC)vector control
直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)direct torque control
四象限運(yùn)行Fourquadrant operation
再生(制動)Regeneration
直流制動d.cbraking
漏電流leakcurrent
濾波器filter
電抗器reactor
電位器potentiometer
編碼器encoder,PLG (pulse generator)
定子stator
轉(zhuǎn)子rotor
3. 變頻器和軟啟動器
變頻器：變頻變壓。主要作用是調(diào)速，節(jié)能和軟起動?！ ?/font>
軟啟動器：僅改變電壓。主要作用是降低起動電流和沖擊。
變頻器基礎(chǔ)講座（二）--變頻器的基本運(yùn)行原理
1. 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為什么能夠自由地改變？
*1: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：2極電機(jī)50Hz 3000[r/min]
4極電機(jī)50Hz 1500[r/min]
電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例，本文中所指的電機(jī)為感應(yīng)式交流電機(jī)，在工業(yè)中所使用的大部分電機(jī)均為此類型電機(jī)。感應(yīng)式交流電機(jī)（以后簡稱為電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機(jī)的極數(shù)和頻率。由電機(jī)的工作原理決定電機(jī)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(diào)整電機(jī)的
速度?！ ?/font>
另外，頻率能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供給電機(jī)，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)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(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備?！ ?/font>
n = 60f/p
n: 同步速度 f: 電源頻率 p: 電機(jī)極對數(shù)
改變頻率和電壓是*優(yōu)的電機(jī)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(jī)出于過電壓（過勵磁），導(dǎo)致電機(jī)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，*高只能是等于電機(jī)的額定電壓。例如：為了使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)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(dāng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度（頻率）改變時，其輸出轉(zhuǎn)矩會怎樣？
*1: 工頻電源 由電網(wǎng)提供的動力電源（商用電源）
*2: 起動電流 當(dāng)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時，變頻器的輸出電流
變頻器驅(qū)動時的起動轉(zhuǎn)矩和*大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動，電機(jī)在工頻電源供電時起動和加速沖擊很大，而當(dāng)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(chǎn)生一個大的起動起動電流。而當(dāng)使用變頻器時，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的，所以電機(jī)起動電流和沖擊要小些。
通常，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減?。ㄋ俣冉档停┒鴾p小。減小的實(shí)際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊中會給出說明?！ ?/font>
通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機(jī)低速時轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低速區(qū)電機(jī)也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩?！ ?/span>
3. 當(dāng)變頻器調(diào)速到大于50Hz頻率時，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低，通常的電機(jī)是按50Hz電壓設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速. (T=Te, P<=Pe)
變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。當(dāng)電機(jī)以大于50Hz頻率速度運(yùn)行時，電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。
舉例，電機(jī)在100Hz時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1/2。因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速. (P=Ue*Ie)
4. 變頻器50Hz以上的應(yīng)用情況
大家知道, 對一個特定的電機(jī)來說, 其額定電壓和額定電流是不變的. 如變頻器和電機(jī)額定值都是: 15kW/380V/30A, 電機(jī)可以工作在50Hz以上，當(dāng)轉(zhuǎn)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*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(diào)速.這時的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢?
因?yàn)?/span>P=wT(w:角速度,T:轉(zhuǎn)矩). 因?yàn)?/span>P不變,w增加了, 所以轉(zhuǎn)矩會相應(yīng)減小.我們還可以再換一個角度來看:電機(jī)的定子電壓U = E+ I*R (I為電流,R為電子電阻,E為感應(yīng)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(dāng)f由50-->60Hz時,X會相應(yīng)減小，對于電機(jī)來說, T=K*I*X, (K:常數(shù),I:電流,X:磁通), 因此轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩)能力. 并稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速(額定電流不變-->*大轉(zhuǎn)矩不變)
結(jié)論: 當(dāng)變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時, 電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會減小.
5. 其他和輸出轉(zhuǎn)矩有關(guān)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(zhuǎn)矩能力。
載波頻率: 一般變頻器所標(biāo)的額定電流都是以*高載波頻率, *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(jī)的電流不會受到影響。但元器件的發(fā)熱會減小?！ ?/span>
環(huán)境溫度：就象不會因?yàn)闄z測到周圍溫度比較低時就增大變頻器保護(hù)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(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩能力的？
轉(zhuǎn)矩提升：此功能增加變頻器的輸出電壓（主要是低頻時），以補(bǔ)償定子電阻上電壓降引起的輸出轉(zhuǎn)矩?fù)p失，從而改善電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。改善電機(jī)低速輸出轉(zhuǎn)矩不足的技術(shù)，使用"矢量控制"，可以使電機(jī)在低速,如(無速度傳感器時)1Hz（對4極電機(jī)，其轉(zhuǎn)速大約為30r/min）時的輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到
電機(jī)在50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩（*大約為額定轉(zhuǎn)矩的150％）。對于常規(guī)的V/F控制，電機(jī)的電壓降隨著電機(jī)速度的降低而相對增加，這就導(dǎo)致由于勵磁不足，而使電機(jī)不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力。為了補(bǔ)償這個不足，變頻器中需要通過提高電壓，來補(bǔ)償電機(jī)速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個功能叫做"轉(zhuǎn)矩提升"。
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壓，電機(jī)轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對應(yīng)的提高。因?yàn)殡姍C(jī)電流包含電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量（如勵磁分量）。
矢量控制：把電機(jī)的電流值進(jìn)行分配，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（如勵磁分量）的數(shù)值。"矢量控制"可以通過對電機(jī)端的電壓降的響應(yīng)，進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，在不增加電流的情況下，允許電機(jī)產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩。此功能對改善電機(jī)低速時溫升也有效。