工业变频器（变频器工作原理）

工业变频器(变频器的工作原理)变频器已经成为工业应用领域非常常见的产品。那么什么是变频器，这个高端产品和电机有什么关系呢？和我们常说的变频空调有什么联系吗？下面我们详细讲解变频原理，中国变频器行业的发展历史，以及中国是如何在20年内实现变频器国产化的。1.什么是变频器？变频器|图片来自网络变频器看起来像一个可操作的集成控制器，带有按钮来调整各种参数。变频器的专业解释是：通过整流逆变，改变输入工频电流来控制交流电机的功率控制设备。牢记“整流、逆变”、“工频”、“电机”四个关键词。之后，将详细围绕四大内容展开。对于刚进入工业领域的朋友来说，对变频器的通俗解释是，它是一种控制电机的方式，即改变电流的频率，从而改变线圈的磁场强度。不同的磁场强度导致电机的转速和扭矩(输出)不同。最常见的玩具中的电机，也被称为“小电机”，可以通过提高电压和串联两个或四个电池来提高速度。但是，串联的干电池越多，电机发热越严重。(所有有动手能力的人都应该尝试过。)这种电机不受变频控制。对于电机来说，这种方法是有害的，热量严重，能量转换效率低。大量电能转化为热量(内能)并散发出去。之后，在连续的实验中发现，三相异步电动机的速度可以通过改变电流的频率来控制。这开启了变频器的发展。二、变频器的工作原理变频器的最终目的是控制电机。那么就要从电机上反推变频原理，很容易理解。变频器工作原理：用微机控制大功率开关器件，将工频交流电变为频率电压可调的电气设备(相当于三相交流电)。1.变频控制异步电动机速度的三种方法之一。异步电动机结构异步电动机由定子和转子组成。定子包括三个部件：定子绕组、铁芯和机座。转子分为两种：绕线式：串联电阻的三相转子绕组。鼠笼绕组。异步电机结构的异步电机之所以能旋转，是因为当三相对称电流流入三相定子绕组时，电机内部会产生旋转磁场。旋转方向由相序决定，扭矩由电流决定。转速由下式确定：功率频率(f)；极对数(p)；转速(n)；滑移率由四个因素决定，60是60秒。异步电动机转速公式：n=60f/p(1-s)同步电动机转速公式假设所有电能都用来产生电动机的动能，转差率为0。根据工业低压50HZ状态，极数为1时额定转速为3000rpm，极数为2时额定转速为1500 rpm，以此类推。异步Baxter网络电机的运动原理：转子与旋转磁场的相对运动是电机旋转的原因。这里可以看到异步电动机的速度公式。改变异步电动机速度的参数：电流频率、极对数。调速方式限于三种：变频调速、变极对数调速和变转差调速。(1)转差调速：转差电机转差是什么概念？转差率是定子旋转磁场速度和转子速度之差除以定子旋转磁场速度(同步速度)。在这个公式中，它表明额定转速为3000转/分的电机，如果不考虑补偿，额定转速为3000转/分，最高可能只有2900转/分。转差率一般在1%到6%之间，可以通过电机的绕组结构设计进行补偿。这是为了改变滑动速度。因此，异步电动机的工作原理是：引入三相电源产生旋转磁场切割转子棒磁场产生感应电动势(电流)；磁场中的充电导体产生电磁力产生与轴线方向相反、大小相等的两个电磁转矩转动转子。(2)极对数调速：调速电机的异步电机的旋转如上图所示：一个线圈绕组，即当极对数为1时，通电状态产生磁场并运动。如果是2组，就是2对极点，3组3对极点，以此类推。概念混淆分析：有一些概念混淆了极数和极数。极数为2n，即极数必须为偶数，2，4，6，8。极端对数是一个自然数。从公式可以看出，极数越少，速度越高。因此，改变极数称为：带级调节的变速，通常可用于两速、三速或四速调速。但这种改变极对数的变速，非常适合输出大、扭矩恒定的场合，如泵、风机等。然而，对于一些需要恒速变速和无级变速以及需要更高精度速度控制的机床应用，起重机应用并不适合。所以，极对数是一个等级递减，而不是可以达到1-1000的均匀递减。(3)变频调速：三相工频电由变频驱动、变频电机输入。通过变频器后，频率可以在0-200赫兹、0-400赫兹和0-1000赫兹之间变化。这种变化是有比例的。比如0.05Hz可以调节(0-50HZ额定变频)，所以我们可以说是1:1000 FM范围。实时的话，一般不会那么高。但从这个调频幅度可以清楚地看到，通过调频，可以准确、快速、均匀地改变电机转速。因此，变频在纺织机械、起重机(龙门吊)、塔式起重机、电梯(单品最大市场)等领域都有很多用途。电梯、风电转向器、纺织机械、起重机械都是变频应用的大行业。3.逆变电路1的工作原理。三相交流电通过整流电路变成脉动直流电，再通过滤波电路变成平滑直流电。2.主控CPU根据手动输入指令发出的PWM信号放大电压和功率。PWM信号控制逆变电路中的6个IGBT开关器件，将直流变为频率和电压实时对应变化的交流，为电机提供电流，实现V/f控制模式下的调速。逆变器的电路原理所有逆变器基本结构相同，但具体电路不同。变频器分为两个电路：主电路和控制电路。1.主电路：实现输入工频电流，先整流：交流—— DC；然后反转：DC ——转交流电。(1)整流电路：将三相交流电变为脉动直流电。(2)滤波电路：使脉动直流成为更平滑的直流。滤波器元件分为两种：电容：电压转换器；电感电流模式变频器。(3)限流电路：在刚接通电源时限制充电电流，保护整流二极管。(4)制动回路：吸收泵电压，增加电机制动力矩。(5)逆变电路：在驱动电路的控制下，将直流电变为交流电。逆变器的核心是IGBT芯片，IGBT的工作频率一般可以达到10 ~ 20 kHz。IGBT可以提高载波频率，甚至形成所需的PWM波形，可以大大降低谐波噪声。2.控制电路：根据信号控制变频，如调速和各种运动设置，都是由控制电路实现的。(1)保护电路：由采样、放大和处理电路组成。(2)驱动电路：放大CPU发出的PWM信号的电压和功率，控制逆变电路中的6个开关器件。(3)输入输出电路：对变频器输入输出的相关信号进行处理的电路。(4)操作面板：一个用于显示，另一个用作操作用一个形象的比喻：主控制电路给电机提供能量，类似于人的骨骼肌，控制电路给电机提供工作模式，类似于人的大脑。变频器4的内部结构。变频器的三种控制方式变频器的输出电压必须与输出频率成正比变化。忽略定子绕组的泄漏阻抗和各相定子绕组上的电动势，实现：控制影响因素1、U1/f1=C控制方式。也称为电压/频率控制。v指电压有效值。改变V/f只能调节电机的稳态磁通和转矩。U1=z11e 1:f1越高，U1越大，z1i1影响越小。f1较低时U1较低，Z1I1影响较大。V/f控制是一种控制方式：为了提高低频时的扭矩，需要提高扭矩。通常采用电压补偿的方法，其中一些方法可以随着负载的变化补偿定子绕组的压降。但是电压不能无限增加，我们要改变扭矩。之后，矢量控制得到了发展。2.矢量控制方式：电流功能分为励磁电流和电枢电流。矢量控制的目的是实现DC调速的性能。DC调速的磁场分类将异步电机的定子电流分解为励磁分量和转矩分量，分别进行控制。励磁矢量的控制是最重要的，因此矢量控制被称为磁场定向控制，而转矩控制是间接的。说白了就是把电流给的函数分成两部分。矢量控制需要坐标变换运算和实际速度信号检测，因此需要速度传感器反馈，即闭环矢量控制。等效DC电机3、直接转矩控制模式可以通过检测定子电压和电流计算出电机直接在定子坐标下的电磁转矩。将速度和扭矩的测量值与给定值进行比较。逆变器的开关状态由磁通调节器和速度调节器控制，得到相应的空间电压矢量。空间电压矢量直接控制电机的转速和电磁转矩，达到调速的目的。该应用主要用于牵引系统，如重型起重设备。五、中国变频器发展史：国产化已经赶上中国变频器。百特网络厂商在中国变频发展中的占比并不长，比欧美国产变频器晚了20年。然而，2005年后，华为特别将安盛电气(逆变器制造商)收购给艾默生。一群来自华为的人率先找到了登陆逆变器领域的产品：变频器，于是汇川科技、英飞凌、蓝海花藤等一批企业迅速成长起来。虽然国外品牌在中国逆变器领域仍占据大部分市场，但国内企业已经迎头赶上。拿前十名来说。