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变频器的工作原理是什么

作者:admin 时间:2019-04-28 09:39
    变频器,顾名思义,就是可以改变频率的器件,它是一个频率和电压能调整输出的交流电源而已,主要用来给异步电机进行调速使用。在变频器没有出现以前,异步电机调速是非常麻烦的,因为转速和转矩不是一条直线,比如通过滑差头来调速,或者简单的降压调速等等,效果都不理想。根据三相异步电机的转速公式,转速n=60*f/p(1-s),其中p是极对数,s是转差率,f是电源的频率,只要能输出一个频率可控的交流电源,三相异步电机的转速就可以顺利改变,这个就是变频器工作原理的根本。


 
    但是发电厂供应的三相交流电源,是相差120°的正弦波,频率都是50HZ的,在电力电子器件被发明以前,相改变这个电源频率,几乎是不可能完成的事情,所以交流电机发明了几乎接近100年都没有良好的调速装置。


 
    后来晶闸管,GTR管,IGBT管等大功率器件在上个世纪末相应被发明了,还有单片机嵌入式技术日益成熟,人们找到了异步电机调速的基本方法。那就是先把三相交流电压,经过二极管或者可控硅来整流成为波动的直流电,再利用电容来滤波和稳压,变成稳定的直流电,利用6个IGBT管来组成逆变回路,单片机通过PWM斩波的方法,输出一系列可变脉宽的方波,用来模拟出可变频率的交流电的等效效果,达到控制电机转速的目的。


 
    可以想象一下,任何曲线都能用很多条直线段来分段模拟链接,模拟用的直线段越多,曲线就可以被描述得越精确,这个实际是数学上的微积分的理念了。


 
    正弦波虽然看起来很复杂,但是同样可以用很多个方波来模拟等效它,如果输出等幅值而宽度可变的方波,而且方波的面积和对应的正弦波面积相等,它的作用会等同于正弦波的工作效果,通过控制工作周期就可以改变输出电源的频率,这种就是所谓的PWM控制了,因为IGBT这些开关管可以实现非常高速的开关功能,比如有几十K的频率,这样输出的方波足够多,模拟出来的正弦波效果就比较好。


 
    但是电机光改变频率还不够的,电压也要跟着调整,否则可能会让电机工作不正常,比如严重发热而烧毁等。主要是因为电机的铁芯是非线性的,要求在电源频率改变的时候,电压也要改变,这样才可以控制主磁通恒定不变。

    因为:主磁通≈电机电压÷(4.44*频率*电子绕组匝数)

    因此要在调频的时候,让电机电压也跟着频率的变化而变化,这样主磁通就可以保持不变了,避免磁通饱和或者工作在弱磁状态。
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