变频器简介及应用方面的研究

变频器简介及应用方面的研究

【摘 要】如今能源愈发送到人们的重视，各个方向都在向节能方向发展，最熟悉的便是**品牌的变频空调，其主要元件是变频器，将50hz市电转换成30hz～130hz，电压的可调到142v～270v。当空调处于不同状态时变频器自动调节至其所需的频率、电压、电流使能量合理应用。变频器的应用使得节能率提高了20%～30%，接着来简谈变频器，并对其应用技术发展进行初步探究。 【关键词】变频器；变频调速；工作方式；应用技术特点 1.变频器的工作原理概述

变频器的结构一般可分为整流过程、中间直流环节、逆变电路和控制电路四个主要部分。其工作主要是应用如二极管，晶闸管等半导体元件，通过控制其通断将某一特定频率的电源变换为另一频率的电能控制装置。

具体说来，就是将三相或单项交流电转换成直流电，然后把将变换后的直流电转换成可控的单项或三相交流电，最后根据需求改变频率、电压来控制交流电源的输出。由于变频器兼有对过电流、过电压、过负载保护等功能。常常被应用于交流异步电机的软起动、变频调速、提高电动机运转的精度、改变功率因数[1]。 2.变频器的分类分析 2.1按照主电路的工作方式分

（1）电压型：将直流电源转换成交流电源。结构上，脉冲数量比较高，同时电平数也较多能够保证较好的波形，无均压的问题；

电容是其主要直流回路滤波元件。

（2）电流型：将直流电流源转换成交流电源。其脉冲和电平件数都低，波形较前者差，但器件较少，可靠性高。其直流回路的主要滤波元件是电感。 2.2按照开关力式可分

（1）高载频脉冲宽度调制：一种特殊的运行控制方式，对逆变电路部分控制，同时又可以控制所要输出的电压或电流的频率和幅值。变频器能将高次谐波引起的一些不良影响减少，转矩波小，而且其制作成本低，控制电路也相对简单的优点，但是其其缺点是当载波的频率不恰当时会产生电动机运转噪声。

（2）脉冲振幅调制：是一种对输出电压电流和频率进行控制的控制方式，只是对电压和电流幅值的控制在整流电路部分完成，对输出频率控制在逆变电路部分完成。变频器在进行调速驱动时运转噪声小，且效率较高等。但是，要完成对电压电流，还有频率的控制，就需要对整流电路和逆变电路进行控制，所以其控制电路是复杂的。此外，这种控制方式也有电功机在进行低速运转时波动较大的缺点。

2.3按照工作原理可分

（1）电压频率控制变频器：从名称可以看出它是一种对输出电压和频率进行控制的简单变频器。特点是制造成本低的优点，但是精度低的缺点。

（2）转差频率控制变频器：在一定程度上控制输出转矩的变频

器，又对速度传感器的速度闭环进行控制。优点是在负载发热具有较大变化时仍能达到较高的速度精度，但是其通用性不是很好。 （3）矢量控制变频器：分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流（二者是由定子电流转化得来的）控制的变频器.以实现异步电动机控制系统的高性能的运作，在调速范围上也可以同直流电机媲美，也可以使电机直接产生转矩。当然越是精密的其控制电路就会相对繁琐。

2.4按照用途又可以分很多种，如通用、高频、高性能专用等等不同类型，在此不做详细的说明 3.在电动机中变频器的应用设计特点 3.1结构设计

这里主要就是考虑到在非正弦电源特性上，包括变频电机的绝缘结构、噪声大小及振动的程度、冷却技术手段等方面造成的影响。应注意相应的问题，并采取正确的方法处理，总结如下： （1）绝缘等级问题：处理办法是对电机外壳增强地绝缘和转子线圈匝间的绝缘强度，尤其是各部分绝缘结构上，器耐冲击电压的程度。

（2）电机的噪声及振动问题：注意各部件之间连接紧密程度，以防止产生共振现象，同时既要考虑到电动机结构的刚性问题，有要尽量提高电机本身的固有频率。

（3）冷却方式：一般采用强迫通风冷却系统（可跟据要求适当调整风扇功率）可会好的降低其不利的影响。

3.2电磁的设计

当电动机对非正弦波电源的适应能力增强时，其过载能力和启动性能有很好的改善，这里就从此处作简要分析：

（1）降低基波铜耗：主要方式是降低定子和转子的电阻，铜耗的减小也一定程度上你不了高次谐波对铜耗的增加。

（2）抑制电流中产生的高次谐波问题：通常需事先在整个调速范围内调整电动机的漏抗大小及阻抗合理匹配，适当调节电动机的感抗大小。

（3）主磁路一般被做成不饱和状态：在低频时，变频器的输出电压的提高可以促使相应的输出转矩提高，同时产生的高次谐波将导致磁路饱和的程度加深。 4.变频器的应用技术 4.1在风机类上使用

之前风机的输出功率是不变的只是通过调节挡风板来调节风量，这样浪费了大量的电能，当变频器的使用淘汰了挡风板，根据锅炉的需要调节风机转速。以65吨的重压锅炉为例每年大约可以节电67万度，锅炉燃烧率也有明显提高。 4.2在卷扬机上的使用

卷扬机工作时要求其启动和制动快速平稳，加速减速均匀，之前通过改变转子电阻方式这种方式可靠性差，效率低。我们可以利用变频器的特殊特性，变革装置技术以解决这些类问题。 4.3在电梯中的应用

电梯是载人工具，会频繁的进行启动停止，加速减速，而且其必须要具备一定的安全可靠性，变频器的使用就增加了电梯的安全可靠性，和舒适性。

4.4变频器还在特殊电源类负载上、印染机类负载上、卷烟机类负载上有广泛应用

总结上述应用均可以归到变频器在电机上的应用，那么变频器的使用与之前的串联电阻或直流电机相比有哪些优点呢？ 传统的电机是通过串电阻调速，但当低速运行时，其电机的机械特性很软，且静差率相对较高，平滑性很差，影响正常运行的效率。而且电阻上消耗的的转差功率相对较高，不利于节能。 应用变频器的电机较之有很大的优势。即可高效的电动机工作效率，又由于它机械特性较硬，相对较高的精度，调速范围广等优点因而得到广泛的应用。主要过程是通过改变定子电源的频率，对同步转速的进行调节，好处是整个调速过程无附加损耗的影响。 通常以固定的电压、频率设计的异步电动机，无法完全满足变频调速的标准。如电动机绝缘强度问题；其温度的升高和应用效率的问题；谐波电磁噪声与震动问题；电机的多次启动和制动能力问题；低速转动时的冷却问题，这些问题的出现一方面降低了电机的工作效率，另一方面增加了能源的浪费，也缩短了电机的使用年限。为了克服三相异步电机串联电阻调速系统的以上缺点，采用变频器，可以实现全频率（0hz～50hz）范围内的恒转矩控制。采用变频调速技术改造风机传动系统，将变频调速需改为鼠笼式运行，由

于是绕线式异步电机，转子绕组不必外接电组。当电刷与集电环之间因接触不良发生故障时，会与集电环相接的三根线之间用导线短接，将电刷举起[2]。若需要保留原绕线式异步电动机转子串电阻，仅需根据要求增设一个高压接触的调速装置。在处于正常运行状态时，短接转子与集电环相接的三根线，接触器被吸合。在临时检修，或短时或长时间退出运行的时候，将断开接触器，便使电机恢复到原绕线式异步电动机（即转子串联电阻）的调速方式，进而实现三相异步电动机在变频调速控制上的运用。 5.结束语

以上介绍的是变频器的优点，当然每一样东西都不是十全十美的，变频器也有一些缺点如电机声音较市电时尖锐；造价高，维护要求高等.克服这些缺点将会是以后变频器的发展方向，相信会在不久将来进一步完善，变频器的使用也会越发广泛，给国家节能做出巨大贡献。 【参考文献】

[1]宋银宾.电机拖动基础[m].北京：冶金工业出版社，2003. [2]徐晓峰.电机及拖动[m].北京：高等教育出版社，2009.