变频器 - 类型、工作原理、连接方案

任何电动机的转子都是由定子绕组内的旋转电磁场产生的力驱动的。其速度通常由电网的工业频率决定。

它的标准值为 50 赫兹，表示一秒内有五十个振荡周期。一分钟内，它们的数量增加了60倍，即50×60 = 3000转。转子在施加的电磁场的影响下旋转相同的次数。

如果更改施加到定子的电源频率值，则可以调整转子和与其相连的驱动器的旋转速度。该原理是电动机控制的基础。

变频器的种类

按照设计，变频器是：

1.感应式；

2. 电子。

制造的异步电动机 根据带有相位转子的方案 并以发电机模式启动，是第一种类型的代表。在运行过程中，它们的效率低，具有效率低的特点。因此，它们在生产中没有得到广泛的应用，使用极为少见。

电子变频方法可实现异步和同步电机的平稳调速。在这种情况下，可以应用两个控制原则之一：

1.根据转速对频率(V/f)的依赖性的预定特性；

2.矢量控制法。

第一种方法最简单，也不太完善，第二种方法用于精确控制关键工业设备的转速。

变频矢量控制的特点

这种方法之间的区别在于转换器控制设备对随转子磁场频率旋转的磁通量的“空间矢量”的相互作用、影响。

转换器根据此原理工作的算法以两种方式创建：

1.无传感器控制；

2.流量调节。

第一种方法是基于确定对序列交替的某种依赖性 脉冲宽度调制 (PWM) 用于预设算法的反相器。在这种情况下，转换器输出电压的幅值和频率由转差电流和负载控制，但不使用转子速度反馈。

当控制与变频器并联的多个电动机时，使用此方法。磁通控制涉及监测电机内部的工作电流，将其分解为有源和无功分量，并对转换器的运行进行调整以设置输出电压矢量的幅度、频率和角度。

这提高了引擎的准确性并增加了其调整的限制。流量控制的使用扩展了驱动器在高动态负载下低速运行的能力，例如起重机或工业绕线机。

矢量技术的使用允许实现动态转矩控制 三相异步电动机. 

等效电路

感应电动机的基本简化电路可以表示如下。

电压 u1 施加到定子绕组，定子绕组具有有源电阻 R1 和感性电阻 X1。它克服了气隙 Xv 的电阻，被转换到转子绕组中，在其中产生克服其电阻的电流。

矢量电路的等效电路

它的构造有助于理解感应电机中发生的过程。

定子电流的能量分为两部分：

• iµ——流动形成隔板；

• iw——矩生成分量。

在这种情况下，转子具有与转差相关的有源电阻 R2 / s。

对于无传感器控制，测量以下内容：

• 电压u1；

• 电流 i1。

根据他们的价值观，他们计算：

• iµ——形成流量的流量分量；

• iw——产生扭矩的值。

计算算法现在包括带有电流调节器的感应电机的电子等效电路，它考虑了电磁场的饱和条件和钢中的磁能损失。

电流矢量的两个分量，角度和幅度不同，与转子坐标系一起旋转，成为静止的定子定向系统。

根据这个原理，变频器的参数是根据感应电动机的负载来调整的。

变频器的工作原理

该设备也称为逆变器，它基于主电源波形的双重变化。

最初，工业电压被馈送到具有强大二极管的整流器，该整流器去除正弦谐波但留下信号纹波。为了移除它们，提供了一个带电感的电容器组（LC 滤波器），它为整流电压提供稳定、平滑的形状。

然后该信号进入变频器的输入端，该变频器是一个由六个组成的三相桥式电路 功率晶体管 具有反极性电压保护二极管的 IGBT 或 MOSFET 系列。以前用于这些目的的晶闸管没有足够的速度并且在大干扰下运行。

要打开电机的“制动”模式，可以在电路中安装一个带有耗散能量的强大电阻的受控晶体管。这种技术允许去除电机产生的电压，以保护滤波电容器免受过度充电和损坏。

转换器的矢量频率控制方法允许您创建对来自 ACS 系统的信号执行自动控制的电路。管理系统用于此：

1.振幅；

2. PWM（脉冲宽度模拟）。

振幅控制方法基于改变输入电压，而 PWM 则基于在恒定输入电压下开关功率晶体管的算法。

采用 PWM 调节，当定子绕组严格顺序连接到整流器的正负端子时，会产生一段信号调制。

由于发电机的时钟频率相当高，那么在具有感性电阻的电动机绕组中，它们被平滑成正常的正弦波。

PWM 控制方法最大限度地消除能量损失，并由于同时控制频率和振幅而提供高转换效率。由于 GTO 系列功率锁定晶闸管控制技术或双极品牌的绝缘栅 IGBT 晶体管的发展，它们已经可用。

照片中显示了它们用于控制三相电机的原理。

六个 IGBT 中的每一个都在反并联电路中连接到自己的反向电流二极管。在这种情况下，感应电动机的有功电流通过每个晶体管的电源电路，其无功分量通过二极管引导。

为了消除外部电噪声对变频器和电机运行的影响，变频器的电路可以包括 降噪滤波器清算：

• 无线电干扰；

• 操作设备引起的放电。

这些由控制器发出信号，并且在电机和逆变器输出端子之间使用屏蔽线以减少冲击。

为提高异步电动机运行的精度，变频器的控制电路包括：

• 具有高级接口功能的通信输入；

• 内置控制器；

• 存储卡;

• 软件;

• 信息 LED 显示屏显示主要输出参数；

• 制动斩波器和内置 EMC 滤波器；

• 基于增加资源的风扇吹风的循环冷却系统；

• 通过直流电和其他一些可能性加热发动机的功能。

操作接线图

变频器设计用于单相或三相网络。但是，如果有电压为 220 伏的工业直流电源，则可以用它们为逆变器供电。

三相型号专为 380 伏电源电压而设计，并将其馈送到电动机。单相逆变器由220伏特供电，输出三相随时间分布。

变频器与电机的接线方案可按以下方案进行：

• 星星；

• 三角形。

电机的绕组组装成转换器的“星形”，由 380 伏的三相网络供电。

根据“三角”方案，电机绕组是在功率转换器连接到单相 220 伏网络时组装的。

在选择将电动机连接到变频器的方法时，您需要注意运行中的电动机在所有模式下可以产生的功率比，包括缓慢的负载启动，以及逆变器的功能。

变频器不可能经常过载，少量的输出功率储备将保证其长期无故障运行。