变频器论文范文

近日小编精心整理了《变频器论文范文(精选3篇)》，供大家阅读，更多内容可以运用本站顶部的搜索功能。[摘要]文章简述变频器工作原理及相关性能，对变频器应用中的注意事项以及如何根据负载的性质来选用变频器进行论述。

第一篇：变频器论文范文

变频器概述

摘 要：变频器，英文名：(Variable-frequency Drive，VFD)，有些区域也称为驱动控制器或变频驱动器，是调速驱动系统之一，主要靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机实际需要的转速和力矩来提供其所需要的电源电压，从而达到电机调速和节能的目的。本文介绍了变频器的工作原理，组成，选型及日常维护和保养。

关键词：变频器;工作原理;组成;维护保养

一、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。

变频调速原理：根据电机转速与工作电源输入频率成正比。

n=60f(1-s)/p (1)

式中：n为异步电动机的转速;f为电网频率;s为电动机转差率;P为电机磁极对数。

二、变频器组成

(一)整流电路。将工频交流电变换为直流电。由于整流器在转变为直流电时，不需要对其调压，所以一般采用二极管整流方式。这有利于提高变频器的功率因数和降低成本。

(二)直流中间平波电路。整流电路输出的直流电压中，还含有6倍电源频率的脉动电压，脉动电压对直流电很不利，影响后面的逆变电路，为了拟制电压波动，采用直流电抗和电容吸收脉动电压，一般装置容量较小时，采用单一的电容滤波。平波电路具有稳定电压和一定的储能作用。

(三)逆变电路。因要将直流电变换为频率可调的交流电供给电机。所以这里的逆变电路同时兼有调压变频功能。逆变电路中的晶体管应使用全控型器件，触发电路采用SPWM正弦脉宽调制控制方式，实现调压变频功能。

(四)保护电路、制动回路。由于电压型变频器直流电压固定和整流电路的电流不能反向，交流异步电动机再生制动(转差率为负)时，传动系统的动能变成电能后将存于中间滤波环节的电容上，使直流电压升高。一般情况下，机械系统(含电动机)所积蓄的能量比电容储存的能量大。快速调速时，为防止直流过压(电容储能过高)，可通过可逆变流器向电源反馈或设制动回路(开关和电阻)把再生能源消耗掉。在能量消耗的过程中，温度检测模块，对电路起保护作用，一旦发现温度过高，即停在工作，保护变频器逆变回路不会损坏。

三、变频器的选型及注意事项

(一)变频器的选型。变频器主要应用于风机、泵类、门控、物料输送、传送带等地的控制，因此变频器的正确选用对于机械设备电控系统的正常运行至关重要。变频器的种类繁多，按变频器的用途可分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等;按变频器工作原理可分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等。选择变频器，要按照机械设备的类型、负载转矩特性、调速范围、静态速度精度、起动转矩和使用环境的要求，来选用何种控制方式和防护结构的变频器最为合适。

(二)平方转矩负载。风机类、泵类负载是平方转矩负载。一般情况下，具有U/f=const(U是指输出电压，f是指输出电压的频率)控制模式的变频器基本都能满足这类负载的要求，下面根据这类变频器的主要特点介绍选型时需要注意的问题。

1.避免过载。风机和水泵一般不容易过载，选择变频器的容量时保证其稍大于或等于电动机的容量;同时选择的变频器的过载能力要求也较低，但在变频器功能参数选择和预置时应注意，由于负载的阻转矩与转速的平方成正比，当工作频率高于电动机的额定频率时，负载的阻转矩会超过额定转矩，使电动机过载。所以，要严格控制最高工作频率不能超过电机额定频率。

2.启/停时变频器加速时间与减速时间的匹配。由于风机和泵的负载转动惯量比较大，其启动和停止时与变频器的加速时间和减速时间匹配是一个非常重要的问题。在变频器选型和应用时，应根据负荷参数计算变频器的加速时间和减速时间来选择最短时间，以便在变频器启动时不发生过流跳闸和变频器减速时不发生过电压跳闸的情况。

3.避免共振。由于变频器是通过改变电动机的电源频率来改变电机转速实现節能的，有可能在某一电机转速下与负荷轴系的共振点、共振频率重合，造成负荷轴系不能容忍的振动，有时会造成设备停运或设备损坏，所以在变频器功能参数选择和预置时，应根据负荷轴系的共振频率，通过设定跳跃频率点和宽度，避免系统发生共振现象。

4.憋压与水锤效应。(1)憋压泵类负载在低速运行时，由于关闭出口阀门使压力升高，从而造成泵汽蚀。在变频器功能设定时，设定变频器的最低频率来限定泵流量的临界点最低转速，可避免此类现象的发生;(2)水锤效应泵类负载在突然断电时，管道中的液体由于重力而倒流。若逆止阀不严或没有逆止阀，将导致电机反转，造成电机发电而使变频器发生故障或烧坏。在变频器系统设计时，应使变频器按减速曲线停止，在电机完全停止后再断开主电路，或者设定断电减速停止功能，可避免该现象的发生。

四、变频器日常维护和保养

随着工厂自动化技术的发展，变频器日益成为重要的驱动和控制设备，因此保障变频器可靠运行也成为设备保养、降低故障停机时间的重要议题。

具体内容可分为：

(一)运行数据和故障记录。每天记录变频器及电机的运行数据，包括变频器输出频率、输出电流、输出电压、变频器内部直流电压、散热器温度等参数，与合理数据进行比较分析，以利于提前发现故障隐患。变频器如发生故障跳闸，务必记录故障代码，和跳闸时变频器的运行工况，以便分析故障的具体原因。

(二)变频器日常检查。每两周进行一次，检查记录运行中的变频器三相输出电压和三相输出电流，并注意比较他们之间的平衡度;检查记录环境温度、接线端子问题、散热器温度;察看变频器有无异常振动，声响，风扇是否运转正常。

(三)变频器保养。变频器每季度需清灰保养一次。保养要清除变频器进风口、出风口和风道上的积灰，杂物，将变频器表面擦拭干净;在保养的同时要仔细检查变频器，察看变频器内有无发热变色部分，水泥电阻有无开裂现象，电解电容有无膨胀漏液防爆孔突出等现象，PCB板有无异常，有没有发热烧黄部位。保养结束后，要恢复变频器的参数和接线，电机在3Hz的低频试运行1分钟，以确保变频器工作正常。

参考文献：

[1]王礼平，王观凤.SPWM变频器工作原理和基本特点[J].中南民族学院学报(自然科学版)，1995(02).

[2]毕海银.变频器应用概论[J].黑龙江科技信息，2013(10).

作者：汪彬

第二篇：变频器应用研究

[摘 要] 文章简述变频器工作原理及相关性能，对变频器应用中的注意事项以及如何根据负载的性质来选用变频器进行论述。

[关键词] 变频器;负载性质

[作者简介] 晁亚东，河南安阳钢铁公司销售公司设备科助理工程师，研究方向：冶金自动化，河南 安阳，455004;杜奇超，河南安阳钢铁公司第一炼轧厂电气科高级工程师，研究方向：冶金自动化，河南 安阳，455004;晁代坤，河南安阳钢铁公司技术中心工程师，研究方向：冶金自动化，河南 安阳，455004

异步电动机是现代化生产的主要传动设备，对于在工业应用中占比例很高的风机泵类负载来说，其轴功率基本恒定不变，通常情况下要通过安装在流体管路上的机械挡板或控制阀的开口度来实现相应介质的流量压力调节，这样一来就会出现电机的输出功率虽然很大，但是实际的介质流量却很小，将带来较大的不合理用能，经济效果极差。随着20世纪80年代德国人发明的矢量控制技术的日益完善及其在变频调速领域的成功应用，采用变频调速技术对传统运行的恒速三相异步电动机进行控制改进就成了许多行业合理用能、降低生产成本、提高设备运转效率的技术手段。

一、电机调速原理

三相异步电机的转速公式：n=60 f(1-s)/p (1) 式中 n——电机的转速; f——电源频率; s——电动机转差率; p——电动机极对数。 由式(1)可知，要改变转速n有三种方式：变极调速，只能实现有级调速，电机结构比较复杂，只有需要简单调速的场合才应用;变转差率调速，这一方法对于绕线异步电机，比较合适，因为可以通过电机转子的滑环接入适当的电动势，从而实现在一定范围内的速度调节;变频率调速，因转速n与电源频率f成正比，不同的频率f即对应不同的转速，频率f在一定范围改变时，电动机就能获得相应范围转速变化。

二、变频调速

变频调速技术就是通过一套特殊的装置改变工频(我国为50Hz)电源的频率，而这一变频电源加在电机定子绕组后，在定转子间的气隙中就能产生转速可变的旋转磁场，通过电磁感应，在转子回路出现感应电流，这一电流与旋转磁场相互作用，产生可变的转矩，从而实现对电机的速度调节，这个特殊装置就是变频器。变频器在结构上分为：交—直—交型、交—交型。交—交型变频器通常用在低速大容量的传动系统，而对于中小容量且高速的传动系统一般采用交—直—交型的通用变频器。交—直—交型变频器的工作原理是将50Hz交流电通过大功率的二极管整流器转换成直流电，该直流电加在由大电容或大电感组成的直流环节上起到滤波、直流储能和缓冲无功的作用，通过了中间环节的稳恒直流电，再供给大功率开关管IGBT组成的逆变桥式电路，这一逆变电路就能把稳恒直流电变换成为电压频率可以变化的交流电，加载到电动机定子绕组。

三、变频器的选择

1. 变频器类型选择根据功能不同变频器可分为三种类型：普通功能型U/f控制变频器、具有转矩控制功能的高功能型U/f控制变频器、矢量控制高性能变频器，要根据负载的要求来进行合理选择。

(1)风机、泵类负载，低速下负载转矩较小，通常可以选择普通功能型。

(2)恒转矩类负载，对于传送带、提升机、搅拌机等为了实现宽范围的转速调节，往往需要增加变频器输出电压来提高深幅调速时的电机驱动转矩，具有转矩提升能力的变频器就能取得理想的控制效果，大部分厂家提供的通用型高性能变频器都具备低频转矩提升和机械性能上的“挖土机”特性，传动系统鲁棒性好等特点，从实际运行效果看，这种变频器的性价比还是相当令人满意的。

(3)对于轧钢、造纸这一类对动态性能要求较高的负载，原来多采用直流传动，当前，矢量控制型变频器已经通用化，加之笼型电动机具有坚固耐用、维护量小、价格便宜等优点，对于要求控制精度高、动态响应快的负载，采用矢量控制高性能型通用变频器是一种很好的控制方案。

2. 变频器外围设备选择选用外围设备通常是为了改善变频器的应用性能，对整个传动链的执行器和负载进行保护，同时减小变频电源的高次谐波对电网和其他电气设备的影响。

(1)电源变压器电源变压器用于将高压电源变换到通用变频器所需的电压等级，比如200V量级 400V量级，变压器容量的参考值通常取变频器额定容量的130%左右。

(2)受电侧负荷开关用于变频器主回路交流电的接通和关断，当系统出现过流短路和三相不平衡时能瞬时切断电源，将事故限制在较小的范围。大多数况下采用自动空气开关，当对保护时间有严格要求的场合需要采用快速熔断器进行保护。

(3)电磁接触器用于电源的开闭，在变频器保护动作时切断电源。对于电网停电后复电，可以防止自动再投入，以保护人身和设备安全。

(4)交流电抗器用于输入的交流电抗器主要抑制变频器输入侧的谐波电流，提高整个电气系统的实际功率因数，通常以采用为好。 输出电抗器用于改善变频器输出电流的波形，减少电动机的噪声，一般情况下采用。

(5)制动单元及电阻用于吸收负载制动时产生的电能，对于行车提升机等位能性负载下放时，实现再生发电运行，可以做到能源的合理利用。

四、结 语

随着变频器的控制功能的日益完善，相信今后变频器在现代化生产中必将发挥越来越重要的作用，会得到更加广泛的应用。

作者：晁亚东　杜奇超　晁代坤

第三篇：变频器工作原理

摘要：随着石油行业的快速发展，钻井设备的更新。变频技术的应用，把我这几年对使用电动动设备的认识作下总结。

关键词：基本概念;原理;使用

1、基本概念

(1)VVVF改变电压、改变频率

(2)CVCP恒电压、恒频率

各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均200V/60Hz(50Hz)或100V/60Hz(50Hz)。为了产生可变的电压和频率，首先要把三相或单相交流电变换为直流电(DC)。然后再把直流电(DC)变换为三相或单相交流电(AC)，我们把实现这种转换的装置称为“变频器”(inverter)。

变频器也可用于家电产品，(例如空调等)，用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。

2.电机的旋转速度为什么能够自由地改变

(1)r/min电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm。例如：4极电机60Hz1800(r/min)，4极电机50Hz1500(r/min)，电机的旋转速度同频率成比例。n=60f/p，n：同步速度，f：电源频率，P：电机极数，改变频率和电压是最优的电机控制方法。如果仅改变频率，电机将被烧坏。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压，例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。

3.关于教热的网题

如果要正确的使用变频器，必须认真地考虑散热的问题。变频器的故障率随温度升高而成指数的上升，使用寿命随温度升高而呈指数的下降。在变频器工作时，流过变频器的电流是很大的，变频器产生的热量也是非常大的，不能忽视其发热所产生的影响。

通常，变频器安装在控制柜中。我们要了解一台变频器的发热量大概是多少，可以用以下公式估算：发热量的近似值=变频器容量(KW)×55[W]在这里，如果变频器容量是以恒转矩负载为准的(过流能力150%*60s)如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器，并且也在柜子里面，这是发热量会更大一些.电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。这时可以用估算：变频器容量(KW)×60[W]因为各变频器厂的硬件都差不多，所以上式可以针对各种品牌的产品。注意：如果有制动电阻的话，因为制动电阻的散热量很大，因此最好安装位置最好和变频器隔离开，如装在柜子上面或旁边等。那么怎样才能降低控制柜内的发热量呢?当变频器安装在控制柜中时，要考虑变频器发热值的问题。根据机柜内产生热量值的增加，要适当的地增加机柜的尺寸。因此要是控制机柜的尺寸尽量减小，就必须要是机柜中产生的热量值尽可能的减少。如果在变频器安装时，把变频器的散热器不问放到控制机柜的外面将会使变频器由70%的发热量释放到控制机柜的外面。由于大容量变频器由很大的发热量，所以对大容量变频器更加有效。还可以用隔离半把本体和散热器隔开，式散热器的散热不影响到变频器本体。这样效果也很好。变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的，横着放散热会变差，一般功率进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。

另外，散热问题还要注意以下两个问题：

(1)在海拔高于1000m的地方，因为空气密度降低，因此应加大柜子的冷却风量以改善冷却效果。理论上变颓器也应考虑降容，1000m每-5%。但由于实际上因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大，所以也要看具体应用。比方说在1500m的地方，但是周期性负载，如电梯，就不必要降容。(2)开关频率：变频器的发热主要来自于IGBT. IGBT的发热有集中在开和关的瞬间。因此开关频率高时自然变频器的發热量就变大了。有的厂家宜格降低开关频率可以扩容，就是这个道理，

4、矢量控制是怎样使电机具有大的转矩的?

(1)转矩提升;此功能增加变频器的输出电压，以使点击的输出转矩和电压的平方成正比的关系增加，从而改善电机的输出转矩。改善点击低速输出转矩不足的技术，使用“矢量控制”，可以使电机在低速，如(无转速传感器时)1Hz时的输出转矩可以到到点击在50Hz供电输出的转矩(最大约为额定转矩的150%)。对于常规的V/F控制电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足，变频器需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压下降。变频器的这个功能叫做“转矩提升”，“失量控制”可以通过电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。此功能对改善电机低速时温升也有效。

5、变频器制动的有关问题

(1)制动的概念：指电能从电机侧流到变频器侧(或供电电源侧)，这时电机的转速高于同步转速，负载的能量分为动能和势能，动能(由速度和重量响定其大小)随着物体的运动而累积，当动能减为零时，该事物就处于停止状态。机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。对于变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低。这时会产生制动过程。由制动产生的功率将返回到变频器侧。这些功率可以用电阻发热消耗。在用于提升类负载，在下降时，能量(势能)也要返回到变频器(或电源)侧进行制动，这种操作方法被称作“再生制动”，而该方法可应用于变顿器制动，在减速期间，产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到变频器电源侧的方法叫做“功率返回再生方法”。在实际中，这种应用需要”能量回馈单元“选件.

(2)怎样提高制动能力?

为了用散热来消耗再生功率，需要在变频器侧安装制动电阻，为了改善制动能力，不能期望靠增加变频器的容量来解决间题。请选用”制动电阻”、“制动单元”或”功率再生变换器“等选件来改善变频器的制动效果。

我们经常听到下面的说法： “电机在工频电源供电时时，电机的起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些”。 如果用大的电压和频率起动电机例如使用工频电网直接供电，就会产生一个大的起动冲击，而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机产生的转矩要小于工频电网供电的转矩值。所以变频器驱动的电机起动电流要小些。通常，电机产生的转矩要随频率的减小(速度降低)而减些，减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。当变频器调速到大于60Hz频率时，电机的输出转矩将降低。通常的电机是按50Hz(60Hz)电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速变频器输出频率大于50Hz频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。当电机以大于60Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。

作者：任永恒