一、變頻器的原理
變頻器按能量變換的情況,可以分為交—交變頻器與交—直—交變頻器兩種,前者是將工頻電源轉(zhuǎn)變成所需頻率的交流電源,故稱直接變頻,后者是把直流電能(一般經(jīng)交流電源整流而得)轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的交流電源,故稱為逆變器。
1.交—交變頻器
簡單的交—交變頻器,可用兩組反并聯(lián)的變流器組成,如下圖:如果讓正組變流器和反組變流器輪流地導通,則負載上就獲得交變的輸出電壓u0,u0的幅值可以通過改變變流器的控制角α加以調(diào)節(jié),u0的頻率則有正、反兩組變流器輪流導通的切換頻率所決定。
2.交—直—交變頻器
交—直—交變頻器是由整流器與逆變器組成,如下圖:如果讓兩對晶閘管T1、T4與T2、T3輪流切換導通,則負載上就得到交流輸出電壓u0,u0的幅值可以用改變直流電壓ud來調(diào)節(jié),u0的頻率則取決于兩對晶閘管的切換頻率。
二、變頻器應(yīng)用于鼠籠型異步電機時的選擇要點
1.負載電流
電動機采用變頻器運轉(zhuǎn)同采用工頻電源運轉(zhuǎn)相比,由于變頻器輸出電壓、電流中所含諧波的影響,電動機的效率、功率因數(shù)將降低,電流將增加(同一負載約增10%)。電動機負載非常輕時,即使電動機電流在變頻器額定電流以內(nèi),也不能使用比電動機容量小很多的變頻器,這是因為電動機的電抗隨電動機的容量不同,即使電動機負載相同,電動機容量越大,其脈動電流值也就越大,因而有可能超過變頻器的過流耐量。
2.低速運轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)矩特性
標準電動機采用變頻器低速運轉(zhuǎn)時,對于U/f一定的轉(zhuǎn)距控制,各頻率下運轉(zhuǎn)電流大體同電動機額定頻率下的運轉(zhuǎn)電流一樣,因此主要應(yīng)控制電動機的銅損造成的溫升。在這種低速情況下,即使電動機的銅損大體與額定轉(zhuǎn)速時相同,但由于轉(zhuǎn)速變低,電動機冷卻效果變差,電動機定子繞組溫升就變大,所以必須與此溫升相應(yīng)地減小運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩,降低銅損使用。
3.短時最大轉(zhuǎn)距
標準電動機在額定電壓、額定頻率下,通常具有輸出200%左右最大轉(zhuǎn)距的能力,如果用變頻器運轉(zhuǎn)標準電動機,其轉(zhuǎn)距特性有如下限制:
1)為了保護主電路電力電子元件等,變頻器設(shè)有限流功能和過流時中斷晶體管工作等功能,以防止超過耐量的電流流過,此過電流耐量通常為變頻器額定電流的150%左右。
2)在數(shù)赫的低頻區(qū)運轉(zhuǎn)時,電動機電阻在阻抗中占的比例增大,轉(zhuǎn)矩特性大幅度降低。
由以上兩個限制,電動機與變頻器組合時最大轉(zhuǎn)矩值的情況,在低頻區(qū)最大轉(zhuǎn)矩值變小。在負載變動大或需要啟動轉(zhuǎn)矩大的情況下,要注意容量的選擇,可使用上一級的電動機與變頻器。
4.容許最高頻率范圍
通用變頻器中,有的可以輸出工頻以上的頻率,但電動機是以工頻下運轉(zhuǎn)為前提制造的,因此在工頻以上頻率使用時,必須確認電動機允許最高頻率范圍,通常電動機允許最高頻率范圍受以下因素限制:
1)軸承的極限轉(zhuǎn)速;
2)風扇、端子等的強度;
3)轉(zhuǎn)子的危險速度;
4)其他特殊零件的強度。
5.噪聲
電動機用變頻器運轉(zhuǎn)時,與工頻電源相比噪聲有些增大,特別是電動機在額定轉(zhuǎn)速以上運轉(zhuǎn),通風噪聲非常大,采用時必須充分考慮。另外,低速運轉(zhuǎn)同工頻運轉(zhuǎn)相比,也有刺耳的金屬聲(磁噪聲)發(fā)生,可以使用電抗器,以降低磁噪聲。
6.振動
電動機用變頻器運轉(zhuǎn)時,就電動機本身來說,冋工頻電源相比,振動并沒有大幅度增加。但是把電動機安裝在機械上,由于機械系統(tǒng)的固有頻率發(fā)生諧振,以及與所傳動機械的旋轉(zhuǎn)體不平衡量大時,往往發(fā)生異常振動,為此需要考慮修正平衡,采用輪箍式聯(lián)軸節(jié)或防震橡膠等措施。
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