變頻器的工作原理

索　華，董　連

（神華國能寶清煤電化有限公司，黑龍江　寶清　155600）

變頻器的工作原理

索華，董連

（神華國能寶清煤電化有限公司，黑龍江寶清155600）

摘要：變頻器具有穩壓、調速、調壓、調頻等功能，它應用了現代科學與技術，雖然價格昂貴、內部結構復雜，但其性能良好、使用簡單，所以變頻器不只是用于電動機，其不同的功率、外形、體積在各個領域得到廣泛應用。隨著應用技術的發展，制造成本的降低，變頻器還會得到更廣泛的應用。本文主要從變頻器的工作原理入手，深入淺出的闡述變頻器的調速節能功能。

關鍵詞：變頻器；電壓；頻率

把電壓和頻率固定不變的交流電轉換為電壓和頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”，變頻器為基本的“交-直-交”單相逆變電路。

我們知道感應式交流電機的旋轉速度n=60f/p（f代表頻率，p代表極對數），由此公式不難看出旋轉速度n的大小取決于電機的極數和頻率。根據電機的工作原理知道電機的極數是不變的，所以想要調整電機的速度那就不能通過改變電機的極數來實現了。根據電機的旋轉速度計算公式可以看出，我們還可以通過調節進入電機前的頻率，從而控制電機的旋轉速度。所以，通過控制頻率來做為電機調速設備的變頻器是電機的最優選擇。

基本頻率：是指與變頻器最大輸出電壓相對應的頻率，也就是與電機額定電壓相對應的那個頻率，用fBA表示。一般來說，基本頻率就等于電機的額定頻率，如圖所示：

基本U/f線：當變頻器輸出頻率從0Hz上升到基本頻率fBA時，對應的電壓也從0V上升到額定電壓，相應的U/f線滿足公式U=Kf，稱為基本u/f線，如圖（a）所示：

如果電壓一定而只降低頻率，那么頻率降低時會使電機磁感應線圈磁通增大，磁回路嚴重飽和，甚至還會將電機燒毀。因此變頻器在改變頻率的同時一定要控制變頻器電壓的輸出，從而保持電機磁通的一定，以避免產生磁飽和現象。

弱磁點：當變頻器輸出頻率高于電機的額定頻率時，變頻器的輸出電壓最大只能等于電機的額定電壓，因此變頻器的輸出電壓不再隨頻率的上升而繼續增大了，如圖（b）中A點以后。此時，頻率f繼續增大而電壓U卻不變，這樣U/f將隨頻率的上升而減小，電機磁感線圈內的磁通將因此減小，電機磁通處于弱磁狀態。因此，轉折點A即為弱磁點。

我們知道，對于一個電機來說，它的額定電流和額定電壓是一定的，因此當輸出頻率超過額定頻率時，電壓就會剛好達到它的額定值，電壓不可以再繼續隨頻率呈線性關系變化，因此電機的最高電壓只能等于電機的額定電壓不會超過這個數值。

電機在工頻電源供電時，采用直接啟動起動電機起動電流為額定電流的6-7倍，而采用星/三角啟動、自耦減壓啟動起動電機起動電流也為額定電流的4-5倍，起動電流很大，將對電機產生很大的機械沖擊；而當使用變頻器供電時，能無階躍的平穩起動或停止電機，因為變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的，起動電流為額定電流的1.2-1.5倍，所以沖擊就要弱一些，并能有效的降低起動電流及配電容量，消除了對電機的機械沖擊應力，延長使用壽命。

變頻器在電廠的實際應用主要表現在在風機和泵上，例如給煤機、引風機、凝結水泵、循環水泵等。在生產運行過程中我們為了保證這些設備運行的可靠性和穩定性，所以在選配驅動動力時，我們在這些機械設備上都留有一定的裕度。若根據負荷的需要電機不需要在滿負荷下運行時，去掉滿足實際的驅動動力以外，剩下的力矩就成了損耗，包括熱能損耗、有功功率損耗，這樣一來就會造成電能的不必要的浪費。在沒有應用變頻器的情況下，風機、泵等設備調速是通過調節出入口的調節擋板的開度、閥門的開度、動葉的開度等，通過調節這些開度的大小來調節風機或泵的風量或水量，其實際動力的要求遠遠小于調節這些開度所用的輸入功率，這樣一來擋板、閥門、動葉的截流就會造成大量的電能消耗。現在我們通過變頻器來對這些設備進行調速，當負荷根據實際要求減小時，通過變頻器來降低泵或風機的頻率從而降低它的轉速就可以滿足實際生產需要了，這樣不但降低了電能的損耗，也保證了設備長期運行的安全。這也就應用了變頻器的調速節能功能了。

參考文獻：

［1]ATV12變頻器安裝及編程手冊［Z].

［2]咸慶信.變頻器實用電路圖集與原理圖說（第2版）［M].機械工業出版社.

［3]天津電氣傳動設計研究所.電氣傳動自動化技術手冊（第二版）［Z].機械工業出版社.

［4]劉美俊.變頻器應用與維修［M].中國電力出版社.