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什么是變頻器,原理是什么,有什么作用?

信息來源于:互聯網 發布于:2021-12-30

什么是變頻器這個東西, 總體上來就是:交流——直流——交流 (也可以說是先整流——再逆變) ,經過這種處理過程的變頻器也叫交直交變頻,目前也是各個行業用的比較多的一種。此外,還有一種交流——交流變換的,這種也被稱為交交變頻器。
一、什么是變頻器
變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成的。
變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源,以實現電機的變速運行的設備,其中控制電路完成對主電路的控制,整流電路將交流電變換成直流電,直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波,逆變電路將直流電再逆成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說,有時還需要一個進行轉矩計算的CPU以及一些相應的電路。變頻調速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調速的目的。
二、變頻器的原理
在嵌入式開發中,經常會涉及到對電機的控制,目前交流電動機的變頻控制應用非常廣泛,所以我們來簡單看圖介紹下變頻器,假設各位已經了解電機的原理。
框圖如下:
變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率,根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓,進而達到節能、調速的目的,另外,變頻器還有很多的保護功能,如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業自動化程度的不斷提高,變頻器也得到了非常廣泛的應用。
典型的變頻器系統圖如下所示. 主要包括,操作面板,VFD控制器,電機等部分
1、典型的結構:
主要包括:控制平臺,測量電路,功率電路,保護電路等
常見的變頻器有兩種類型:電壓型和電流型,其中功率逆變部分多使用IGBT和IGCT等功率管。
2、典型算法:
其中以西門子為代表的控制算法主要是基于坐標變換(矢量控制),以ABB為代表的算法有興趣的朋友可以自行查找資料獲取(直接轉矩控制),這里不在贅述。
3、矢量控制:
許多芯片MCU,MPU廠商都給出了變頻矢量控制的框圖和算法庫,有興趣的可以研究研究,例如下圖為微芯科技(Microchip)給出的框圖
我們可以在Matlab上進行仿真算法.
三、變頻器的作用
1、變頻節能
變頻器節能主要表現在風機、水泵的應用上。為了保證生產的可靠性,各種生產機械在設計配用動力驅動時,都留有一定的富余量。當電機不能在滿負荷下運行時,除達到動力驅動要求外,多余的力矩增加了有功功率的消耗,造成電能的浪費。風機、泵類等設備傳統的調速方法是通過調節入口或出口的擋板、閥門開度來調節給風量和給水量,其輸入功率大,且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當使用變頻調速時,如果流量要求減小,通過降低泵或風機的轉速即可滿足要求。
電動機使用變頻器的作用就是為了調速,并降低啟動電流。為了產生可變的電壓和頻率,該設備首先要把電源的交流電變換為直流電(DC),這個過程叫整流。把直流電(DC)變換為交流電(AC)的裝置,其科學術語為“inverter”(逆變器)。一般逆變器是把直流電源逆變為一定的固定頻率和一定電壓的逆變電源。對于逆變為頻率可調、電壓可調的逆變器我們稱為變頻器。變頻器輸出的波形是模擬正弦波,主要是用在三相異步電動機調速用,又叫變頻調速器。對于主要用在儀器儀表的檢測設備中的波形要求較高的可變頻率逆變器,要對波形進行整理,可以輸出標準的正弦波,叫變頻電源。一般變頻電源是變頻器價格的15--20倍。由于變頻器設備中產生變化的電壓或頻率的主要裝置叫“inverter”,故該產品本身就被命名為“inverter”,即:變頻器。
變頻不是到處可以省電,有不少場合用變頻并不一定能省電。 作為電子電路,變頻器本身也要耗電(約額定功率的3-5%)。一臺1.5匹的空調自身耗電算下來也有20-30W,相當于一盞長明燈. 變頻器在工頻下運行,具有節電功能,是事實。但是他的前提條件是:
第一、大功率并且為風機/泵類負載;
第二、裝置本身具有節電功能(軟件支持);
變頻器(Variable-frequency Drive,VFD)是應用變頻技術與微電子技術,通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率,根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓,進而達到節能、調速的目的,另外,變頻器還有很多的保護功能,如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業自動化程度的不斷提高,變頻器也得到了非常廣泛的應用。
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