变频器是怎么工作的?轻松了解其中门道

发表时间: 2022-06-30 17:31:45

作者: 广东海顺自动化设备有限公司

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变频器(Variable-frequency Drive,VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器

变频器(Variable-frequency Drive,VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。

变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率,根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压,进而达到节能、调速的目的,另外,变频器还有很多的保护功能,如过流、过压、过载保护等等。

变频器的工作原理

变频器的工作原理是通过控制电路来控制主电路,主电路中的整流器将交流电转变为直流电,直流中间电路将直流电进行平滑滤波,逆变器最后将直流电再转换为所需频率和电压的交流电,部分变频器还会在电路内加入CPU等部件,来进行必要的转矩运算。

变频器是将工频电源转换成任意频率、任意电压交流电源的一种电气设备,变频器的使用主要是调整电机的功率、实现电机的变速运行。变频器的组成主要包括控制电路和主电路两个部分,其中主电路还包括整流器和逆变器等部件。

变频器的工频电源一般是50Hz或60Hz,无论是在家用领域或生产领域,工频电源的频率和电压都是恒定不变的。以工频电源工作的电机在调速时可能会造成功率的下降,而通过变频器的调整,电机在调速时就可以减少功率损失。

变频器的基本构成

随着电子技术的发展变频器已经有了很大的变化,但其基本原理并没有发生改变。变频器的主要部分有四个:整流器、中间电路、逆变器、控制电路。

1)、整流器

通用变频器的整流电路是由三相桥式整流桥组成。它的功能是将工频电源进行整流,经中间直流环节平波后为逆变电路和控制电路提供所需的直流电源。三相交流电源一般需经过吸收电容和压敏电阻网络引入整流桥的输入端。网络的作用,是吸收交流电网的高频谐波信号和浪涌过电压,从而避免由此而损坏变频器。当电源电压为三相380V时,整流器件的最大反向电压一般为1200—1600V,最大整流电流为变频器额定电流的两倍。

2)、中间电路

中间电路有三种类型:将整流电压变换成直流电流;使脉动的直流电压变得稳定或平滑,供逆变器使用;将整流后固定的直流电压变换成可变的直流电压。中间电路可看做是一个能量的存储装置,电动机可以通过逆变器从中间电路获得能量。在使用电源逆变器时,中间电路由一个大的电感线圈构成,它只能与可控整流器配合使用。电感线圈将整流器输出的可变电流电压转换成可变的直流电流。电机电压的大小取决于负载的大小。中间电路的滤波器为了减小直流电压和电流的波动,起到对整流电路的输出进行滤波的作用。滤波器的电容和电感使输出电压在给定频率下维持一定,从而得到所需的耐压值和容量。中间电路还能提供如下一些附加功能,根据电路设计决定。

3)、逆变电路

逆变电路的作用是在控制电路的作用下,将直流电路输出的直流电源转换成频率和电压都可以任意调节的交流电源。逆变电路的输出就是变频器的输出,所以逆变电路是变频器的核心电路之一,起着非常重要的作用。

最常见的逆变电路结构形式是利用六个功率开关器件(GTR、IGBT、GTO等)组成的三相桥式逆变电路,有规律的控制逆变器中功率开关器件的导通与关断,可以得到任意频率的三相交流输出。

通常的中小容量的变频器主回路器件一般采用集成模块或智能模块。智能模块的内部高度集成了整流模块、逆变模块、各种传感器、保护电路及驱动电路。如三菱公司生产的IPMPM50RSA120,富士公司生产的7MBP50RA060,西门子公司生产的BSM50GD120等,内部集成了整流模块、功率因数校正电路、IGBT逆变模块及各种检测保护功能。模块的典型开关频率为20KHz,保护功能为欠电压、过电压和过热故障时输出故障信号灯。

逆变电路中都设置有续流电路。续流电路的功能是当频率下降时,异步电动机的同步转速也随之下降。为异步电动机的再生电能反馈至直流电路提供通道。在逆变过程中,寄生电感释放能量提供通道。另外,当位于同一桥臂上的两个开关,同时处于开通状态时将会出现短路现象,并烧毁换流器件。所以在实际的通用变频器中还设有缓冲电路等各种相应的辅助电路,以保证电路的正常工作和在发生意外情况时,对换流器件进行保护 .

4)、控制电路

控制电路将信号传送给整流器、中间电路和逆变器,同时它也接收来自这部分的信号。具体被控制的部分取决于各个变频器的设计。

变频器通过调整电源的电压和频率,以达到节能、调速的目的,此外,变频器还有很多的保护功能,如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化的要求不断提高和节能的倡导,变频器的应用也越来越广泛。

变频器主要应用在:变频节能、自动化系统、提高工艺水平和产品质量、实现电机软起动。


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