變頻器 - 類型、工作原理、連接方案

任何電動機的轉子都是由定子繞組內的旋轉電磁場產生的力驅動的。其速度通常由電網的工業頻率決定。

它的標準值為 50 赫茲，表示一秒內有五十個振盪週期。一分鐘內，它們的數量增加了60倍，即50×60 = 3000轉。轉子在施加的電磁場的影響下旋轉相同的次數。

如果更改施加到定子的電源頻率值，則可以調整轉子和與其相連的驅動器的旋轉速度。該原理是電動機控制的基礎。

變頻器的種類

按照設計，變頻器是：

1.感應式；

2. 電子。

製造的異步電動機 根據相位轉子的方案 並以發電機模式啟動，是第一種類型的代表。在運行過程中，它們的效率低，具有效率低的特點。因此，它們在生產中沒有得到廣泛的應用，使用極為少見。

電子變頻方法可實現異步和同步電機的平穩調速。在這種情況下，可以應用兩個控制原則之一：

1.根據轉速對頻率(V/f)的依賴性的預定特性；

2.矢量控制法。

第一種方法最簡單，也不太完善，第二種方法用於精確控制關鍵工業設備的轉速。

變頻矢量控制的特點

這種方法之間的區別在於轉換器控制設備對隨轉子磁場頻率旋轉的磁通量的“空間矢量”的相互作用、影響。

轉換器根據此原理工作的算法以兩種方式創建：

1、無感控制；

2.流量調節。

第一種方法是基於確定對序列交替的某種依賴性 脈衝寬度調製 (PWM) 用於預設算法的逆變器。在這種情況下，轉換器輸出電壓的幅值和頻率由轉差電流和負載控制，但不使用轉子速度反饋。

當控制與變頻器並聯的多個電動機時，使用此方法。磁通控制涉及監測電機內部的工作電流，將其分解為有源和無功分量，並對轉換器的運行進行調整以設置輸出電壓矢量的幅度、頻率和角度。

這提高了引擎的準確性並增加了其調整的限制。流量控制的使用擴展了驅動器在高動態負載下低速運行的能力，例如起重機或工業繞線機。

矢量技術的使用允許實現動態轉矩控制 三相異步電動機. 

等效電路

感應電動機的基本簡化電路可以表示如下。

電壓 u1 施加到定子繞組，定子繞組具有有源電阻 R1 和感性電阻 X1。它克服了氣隙 Xv 的電阻，被轉換到轉子繞組中，在其中產生剋服其電阻的電流。

矢量電路的等效電路

它的結構有助於理解感應電機中發生的過程。

定子電流的能量分為兩部分：

• iµ——流動形成隔板；

• iw——矩生成分量。

在這種情況下，轉子具有與轉差相關的有源電阻 R2 / s。

對於無傳感器控制，測量以下內容：

• 電壓u1；

• 電流 i1。

根據他們的價值觀，他們計算：

• iµ——形成流量的流量分量；

• iw——產生扭矩的值。

計算算法現在包括帶有電流調節器的感應電機的電子等效電路，它考慮了電磁場的飽和條件和鋼中的磁能損失。

電流矢量的兩個分量，角度和幅度不同，與轉子坐標系一起旋轉，成為靜止的定子定向系統。

根據這一原理，變頻器的參數是根據感應電動機的負載來調整的。

變頻器的工作原理

該設備也稱為逆變器，它基於主電源波形的雙重變化。

最初，工業電壓被饋送到具有強大二極管的整流器，該整流器去除正弦諧波但留下信號紋波。為了移除它們，提供了一個帶電感的電容器組（LC 濾波器）​​，它為整流電壓提供穩定、平滑的形狀。

然後該信號進入變頻器的輸入端，該變頻器是一個由六個組成的三相橋式電路 功率晶體管 具有反極性電壓保護二極管的 IGBT 或 MOSFET 系列。以前用於這些目的的晶閘管沒有足夠的速度並且在大干擾下運行。

要打開電機的“制動”模式，可以在電路中安裝一個帶有耗散能量的強大電阻的受控晶體管。這種技術允許去除電機產生的電壓，以保護濾波電容器免受過度充電和損壞。

轉換器的矢量頻率控制方法允許您創建對來自 ACS 系統的信號執行自動控制的電路。管理系統用於此：

1.振幅；

2. PWM（脈衝寬度模擬）。

振幅控制方法基於改變輸入電壓，而 PWM 則基於在恆定輸入電壓下開關功率晶體管的算法。

採用 PWM 調節，當定子繞組嚴格順序連接到整流器的正負端子時，會產生一段信號調製。

由於發電機的時鐘頻率相當高，那麼在具有感性電阻的電動機繞組中，它們被平滑成正常的正弦波。

PWM 控制方法最大限度地消除能量損失，並由於同時控制頻率和振幅而提供高轉換效率。由於 GTO 系列功率鎖定晶閘管控制技術或雙極品牌的絕緣柵 IGBT 晶體管的發展，它們已經可用。

照片中顯示了它們用於控制三相電機的原理。

六個 IGBT 中的每一個都在反並聯電路中連接到自己的反向電流二極管。在這種情況下，感應電動機的有功電流通過每個晶體管的電源電路，其無功分量通過二極管引導。

為了消除外部電噪聲對變頻器和電機運行的影響，變頻器的電路可以包括 降噪濾波器清算：

• 無線電干擾；

• 操作設備引起的放電。

這些由控制器發出信號，並且在電機和逆變器輸出端子之間使用屏蔽線以減少衝擊。

為提高異步電動機運行的精度，變頻器的控制電路包括：

• 具有高級接口功能的通信輸入；

• 內置控制器；

• 存儲卡;

• 軟件;

• 信息 LED 顯示屏顯示主要輸出參數；

• 制動斬波器和內置 EMC 濾波器；

• 基於增加資源的風扇吹風的循環冷卻系統；

• 通過直流電和其他一些可能性加熱發動機的功能。

操作接線圖

變頻器設計用於單相或三相網絡。但是，如果有電壓為 220 伏的工業直流電源，則可以用它們為逆變器供電。

三相型號專為 380 伏電源電壓而設計，並將其饋送到電動機。單相逆變器由220伏特供電，輸出三相隨時間分佈。

變頻器與電機的接線方案可按以下方案進行：

• 星星；

• 三角形。

電機的繞組組裝成轉換器的“星形”，由 380 伏的三相網絡供電。

根據“三角”方案，電機繞組是在功率轉換器連接到單相 220 伏網絡時組裝的。

在選擇將電動機連接到變頻器的方法時，您需要注意運行中的電動機在所有模式下可以產生的功率比，包括緩慢的負載啟動，以及逆變器的功能。

變頻器不可能經常過載，少量的輸出功率儲備將保證其長期無故障運行。