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涨知识|变频器频率与电压的关系

发布时间:2021-11-04人气:26

    输出频率与输出电压之间对应关系:输出频率与输出电压为正比。举例:当输出频率由50Hz调整为30Hz时,实测的输出电压为232V。此时,输出频率为额定频率的60%,输出电压同样为输入电压的60%。


    变频器输出频率与输入功率之间对应关系:变频器输出频率与输入功率的立方成正比。举例:当输出频率由50Hz调整为30Hz时,输入功率由额定值减少为P输入=设:电动机额定功率=100KW则输入功率==21.6KW。


    变频器输出频率与输入电流之间对应关系:变频器输出频率与输入电流的立方成正比。举例:当输出频率由50Hz调整为30Hz时,输入电流由额定值减少为P输入=电动机额定电流=200A则输入功率==43.2A。


    一、变频器的载波频率


    变频器的载波频率是一个非常重要的功能参数,它可以根据需要进行设置。变频器通过对载波频率脉冲占空比的调整实现调频调压。任何一台变频器都有这个参数。各种变频器的载波频率设置范围不尽相同


    正确设置变频器的载波频率,可以降低电动机的运行噪声,避开系统的机械共振,减小输出电路配线对地漏电流,从而减小变频器发生的干扰。变频器逆变部分的IGBT开关管在由导通到截止以及由截止到导通的过程中有开关损耗,所以载波频率设置的越高,单位时间内产生的损耗将越大,导致变频器的运行损耗增加,发热量增加,这也是设置变频器载波频率需要考虑的因素之一。


    变频器载波频率参数设置对电动机运行的影响可参见表2。


    表2变频器载波频率设置高低对电动机运行效果的影响


    二、变频器的内部主电路


    变频器的内部主电路如图1所示。


    图1电路中,交流电源从变频器的R、S、T端输入,经二极管D1~D6的三相桥式整流,给为提高耐压而相互串联电容器C1、C2充电,在电容器两端得到P端为正、N端为负的直流电压UD,图1右边的6只IGBT管V1~V6是变频器的逆变电路,可将直流电压UD逆变成频率与电压均可调的交流电压从U、V、W端输出,用于驱动电动机。


    图1中电阻R用于通电瞬间限制充电涌流;接触器KM的触点稍后延时闭合将电阻R短路;电阻R1和R2是充电电容器的分压电阻。


    三、逆变电路如何将直流电压转换成交流电压


    变频器送给电动机的应该是三相交流电,对于负载来说,负载两端的电压和流过负载的电流如果是不断变换极性或流动方向时,这个电压和电流就是交流电压或电流。


    1.单相逆变电路


    单相逆变电路的工作情况可参见图2,逆变电路的工作情况如下:


    (1)前半周期令开关V1、V2导通,V3、V4截止,则负载RL中的电流从a流向b,RL两端的电压是a(+)、b(—)。


    图2中的V1~V4是IGBT管,在逆变桥中,它们起的就是电子开关的作用。


    (2)后半周期令开关V1、V2截止,V3、V4导通,则负载RL中的电流从b流向a,RL两端的电压是a(—)、b(+)。


    上述两种状态如能不断反复地进行,则在负载RL上所得到的就是交变电压了。这就是由直流电转换为交流电的逆变过程。


    2.三相逆变电路


    三相逆变桥电路结构如图3所示。其中(a)图是三相逆变桥的电路结构,(b)图是三相逆变桥输出电压的波形。其工作过程与单相逆变桥类似,只要使三个桥臂交替工作时,互差三分之一周期(T/3,即120°电角度),从而使三相输出电压的相位之间互差120°电角度即可。


    四、变频器对输出电压的调整


    三相交流电源经变频器输入端的整流桥整流、电容器滤波,变换成P端为正、N端为负的直流电压UD(见图1),之后经过逆变电路中的IGBT开关管的斩波作用,向电动机提供的是矩形波脉冲串。尽管不是理想的正弦波,但这些脉冲串的频率很高,其频率等于载波频率。在电动机感性绕组的作用下,流过电动机绕组的电流已经非常接近正弦波了。


    如果载波频率设置为5kHz,则载波频率对应的周期为200μs=0.2ms。这时变频器运行在25Hz的话,其对应的周期为40ms,这样,电动机运行1Hz对应周期的时间段内就包含有40ms/0.2ms=200个载波频率周期。由于40ms中有正半周和负半周,所以,每半个周期各含有100个载波频率周期。由此可见,足够高的载波频率完全可以将变频器输出的波形调整得非常接近正弦波。


    如前所述,通过适当安排IGBT管的导通与截止顺序,我们可以得到交流电,如图4所示。图4中正半周和负半周波形图中各画出了16个脉冲的图形,这只是为了说明变频器调整输出电压的原理,实际上,每半个周期中包含的脉冲数量要多得多。


    图4中带有阴影部分的矩形波是IGBT管导通、变频器向电动机提供电流的波形,可以发现,1.阴影部分脉冲的宽度各不相同,但它们的周期是相同的。2.在接近正半周最大值的位置,矩形波脉冲的宽度最大,即占空比最大;而在正半周从零向最大值变化,以及从最大值逐渐变化为零的过程中,脉冲的占空比先是由小变大,然后由大变小。在脉冲占空比小时,平均电压低;脉冲占空比大时,平均电压大。变频器正是通过调整脉冲的占空比来调整其输出电压的。


    五、变频器对输出频率的调整


    变频器对输出频率的调整示意图见图5。


    对比图5(a)和图5(b),可以发现它们有如下异同。


    相同之处:一是都使用调整脉冲占空比的方法获得正弦交流电的波形;二是脉冲的幅度相等,都是变频器整流滤波后的直流电压UD;三是脉冲的周期相等,这个周期对应的频率就是载波频率。


    不同之处,一是每半个周期(正半周或负半周)包含的脉冲个数不同;二是(b)图中脉冲占空比的变化速率较快。


    由于脉冲周期相同,所以包含脉冲个数多的半个周期(例如图5(a))持续时间较长,正半周和负半周合成的一个完整周期时间较长,对应的频率较低。而这个较低的频率就是变频器输送给电动机的驱动频率。


    包含脉冲个数少的半个周期(例如图5(b))持续时间较短,正半周和负半周合成的一个完整周期时间较短,对应的频率较高。而这个较高的频率也是变频器输送给电动机的驱动频率。


    变频器正是通过调整载波频率脉冲的占空比,以及调整脉冲占空比变化的速率来调整输出电压和输出频率的。


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