一、变频器的原理
变频器按能量变换的情况,可以分为交一交变频器与交一直一交变频器两种,前者是将工频电源转变成所需频率的交流电源,故称直接变频,后者是把直流电能(一般经交流电源整流而得)转变为所需频率的交流电源,故称为逆变器。
1.交—交变频器
简单的交—交变频器,可用两组反并联的变流器组成,如下图:如果让正组变流器和反组变流器轮流地导通,则负载上就获得交变的输出电压u0,u0的幅值可以通过改变变流器的控制角α加以调节,uO的频率则有正、反两组变流器轮流导通的切换频率所决定。
2.交—直—交变频器
交一直—交变频器是由整流器与逆变器组成,如下图:如果让两对晶闸管T1、T4与T2、T3轮流切换导通,则负载上就得到交流输出电压u0,uO的幅值可以用改变直流电压ud来调节,u0的频率则取决于两对晶闸管的切换频率。
二、变频器应用于鼠笼型异步电机时的选择要点
1.负载电流
电动机采用变频器运转同采用工频电源运转相比,由于变频器输出电压、电流中所含谐波的影响,电动机的效率、功率因数将降低,电流将增加(同一负载约增10%)。电动机负载非常轻时,即使电动机电流在变频器额定电流以内,也不能使用比电动机容量小很多的变频器,这是因为电动机的电抗随电动机的容量不同,即使电动机负载相同,电动机容量越大,其脉动电流值也就越大,因而有可能超过变频器的过流耐量。
⒉.低速运转时的转矩特性
标准电动机采用变频器低速运转时,对于U/f—定的转距控制,各频率下运转电流大体同电动机额定频率下的运转电流一样,因此主要应控制电动机的铜损造成的温升。在这种低速情况下,即使电动机的铜损大体与额定转速时相同,但由于转速变低,电动机冷却效果变差,电动机定子绕组温升就变大,所以必须与此温升相应地减小运转转矩,降低铜损使用。
3.短时最大转距
标准电动机在额定电压、额定频率下,通常具有输出200%左右最大转距的能力,如果用变频器运转标准电动机,其转距特性有如下限制:
1)为了保护主电路电力电子元件等,变频器设有限流功能和过流时中断晶体管工作等功能,以防止超过耐量的电流流过,此过电流耐量通常为变频器额定电流的150%左右。
2)在数赫的低频区运转时,电动机电阻在阻抗中占的比例增大,转矩特性大幅度降低。
由以上两个限制,电动机与变频器组合时最大转矩值的情况,在低频区最大转矩值变小。在负载变动大或需要启动转矩大的情况下,要注意容量的选择,可使用上—级的电动机与变频器。
4.容许最高频率范围
通用变频器中,有的可以输出工频以上的频率,但电动机是以工频下运转为前提制造的,因此在工频以上频率使用时,必须确认电动机允许最高频率范围,通常电动机允许最高频率范围受以下因素限制:
1)轴承的极限转速;
2)风扇、端子等的强度;
3)转子的危险速度;
4)其他特殊零件的强度。
5.噪声
电动机用变频器运转时,与工频电源相比噪声有些增大,特别是电动机在额定转速以上运转,通风噪声非常大,采用时必须充分考虑。另外,低速运转同工频运转相比,也有刺耳的金属声(磁噪声)发生,可以使用电抗器,以降低磁噪声。
6.振动
电动机用变频器运转时,就电动机本身来说,同工频电源相比,振动并没有大幅度增加。但是把电动机安装在机械上,由于机械系统的固有频率发生谐振,以及与所传动机械的旋转体不平衡量大时,往往发生异常振动,为此需要考虑修正平衡,采用轮箍式联轴节或防震橡胶等措施。
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