变频器的原理及应用

Question

如题所述

Answer 1

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。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
结构原理：
主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路

整流器
大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。

平波回路
在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。

逆变器
同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。
控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。
（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。
（2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。
（3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。
（4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。
（5）保护电路：检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏。
基本组成
变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。
整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直流电。
高容量电容：存储转换后的电能。
逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。
控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。

给定方式
变频器常见的频率给定方式主要有：操作器键盘给定、接点信号给定、模拟信号给定、脉冲信号给定和通讯方式给定等。这些频率给定方式各有优缺点，须按照实际所需进行选择设置

Answer 2

变频器是一种能够改变交流电源的频率和电压的装置，其核心技术在于VVVF（Variable Voltage and Variable Frequency）技术，即改变电压和改变频率。这种装置能将电压和频率固定不变的交流电转换为电压或频率可变的交流电，从而实现电机的速度控制。同时，变频器也可以将直流电（DC）转换为三相或单相交流电（AC）。
变频器的工作原理的核心在于同时改变输出频率与电压，即改变了电机运行曲线上的n0，使电机运行曲线平行下移。因此，变频器可以使电机以较小的启动电流，获得较大的启动转矩，从而实现重载负荷的启动。
变频器在各领域中有着广泛的应用，主要应用方式是通过调节电机的转速和负载的功率，实现自动化控制，从而提高生产效率和产品质量。
在工业自动化领域，变频器常用于生产线上的各种设备，如输送带、机器人等，以精确控制其运行速度和功率，提高生产效率。在建筑工程中，变频器常用于控制塔吊、升降机、混凝土搅拌机等建筑机械设备，实现设备的自动化控制，提高施工效率。此外，在船舶制造、矿山工程等领域，变频器同样扮演着重要角色，用于控制船舶的推进器、舵机、泵等设备，以及矿山设备的运行，提高安全性和效率。
在变频器的选型过程中，需要考虑多种因素，包括电机功率、电压等级、控制方式、调速范围、负载类型以及操作环境等。选择合适的变频器对于确保设备的工作稳定、效率高和可靠性好至关重要。
此外，使用变频器时，也需要注意一些操作和维护事项。例如，需要认真阅读产品说明书，按照说明书的要求接线、安装和使用；变频器装置应可靠接地，以防止射频干扰和电击风险；在使用变频器控制电动机转速时，要注意电动机的温升和噪声，以及在低速运转时的通风冷却和负载调整；同时，还需要注意供电线路的阻抗、电网三相电压的平衡率等因素，避免对变频器及连接设备造成损坏。