談談變頻器的原理及應用中出現的問題

變頻器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。

變頻器的工作原理

概述

主電路是給異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類

：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產生的電壓脈動的“平波回路

整流器

大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉。

平波回路

在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。

逆變器

同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關器件導通、關斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為例示出開關時間和電壓波形。

控制電路是給異步電動機供電（電壓、頻率可調）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”組成。

1、運算電路：將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。

2、電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。

3、驅動電路：驅動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導通、關斷。

4、速度檢測電路：以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器（tg、plg等）的信號為速度信號，送入運算回路，根據指令和運算可使電動機按指令速度運轉。

5、保護電路：檢測主電路的電壓、電流等，當發生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞

變頻器應用時的九大問題

1、信號線及控制線應選用屏蔽線，這樣對防止干擾有利。當線路較長時，例如距離躍100m，導線截面應放大些。信號線及控制線不要與動力線放置在同一電纜溝或橋架中，以免相互干擾，最好穿管放置，這樣更合適。

2、傳輸信號以選用電流信號為主，因電流信號不容易衰減，亦不容易受干擾。實際應用中傳感器輸出的信號是電壓信號，可以通過變換器將電壓信號變換成電流信號。

3、變頻器閉環控制一般都是正作用的，即輸入信號大，輸出量亦大（例如中央空調制冷工作時及一般壓力、流量、溫度等控制時）。但亦有反作用的，即輸入信號大，輸出量反�。ɡ�如中央空調在制熱工作時以及供熱站的取暖熱水泵）。閉環控制如圖1所示。

4、在閉環控制時能選用壓力信號的，就不要選用流量信號。這是因為壓力信號傳感器價格低，安裝容易，工作量小，調試方便。但工藝過程有流量配比要求的，且要求精確時，那就必須選用流量控制器，并根據實際的壓力、流量、溫度、介質、速度等來選用合適的流量計（例如電磁式、靶式、渦街式、孔板式等）。

5、變頻器內置的PLC、PID功能適合用于信號變動量較小、較穩定的系統。但由于內置的PLC、PID功能在工作時只調時間常數，所以難以得到較為滿意的過度過程要求，而且調試比較費時。

另外這種調節不是智能的，故一般不經常采用，而是選用外置的智能化的PID調節器。例如日本富士PXD系列、廈門安東等，十分方便。使用時只要設置SV（上限值），工作時有PV（運行值）指示，又是智能化，保證具有最佳的過渡過程條件，使用較為理想。關于PLC，可按控制量的性質、點數、數字量、模擬量、信號處理等要求，選用外置PLC的各種品牌，例如西門子的S7-400、S7-300、S7-200等。

6、信號變換器在變頻器外圍電路中亦被經常用到，一般由霍爾元件加電子線路組成。按信號變換和處理方式可分為電壓變電流、電流變電壓、直流變交流、交流變直流、電壓變頻率、電流變頻率、一進多出、多進一出、信號疊加、信號分路等各種變換器。例如深圳的圣斯爾CE-T系列電量隔離傳感器/變送器，應用十分方便。國內類似產品不少，用戶可按需要自行選擇應用。

7、變頻器在應用時往往要配外圍電路，其方式常有：

（1）由自制繼電器等控制元件組成的邏輯功能電路；

（2）買現成的單元外置電路（例如日本三菱公司的）；

（3）選用簡易可編程控制器LOGO（國外、國內都有此產品）；

（4）使用變頻器不同功能時，可選用功能卡（例如日本三墾變頻器）；

（5）選用中小型可編程序控制器。

8、多臺水泵并聯恒壓供水（例如城市自來水廠的清水泵、中大型水泵站、供熱水中心站等）的變頻技術改造方案常見的有以下兩種。

按使用經驗，方案（1）節省初投資，但節能效果差。起動時先起動變頻器至50Hz后，再起動工頻，后轉入節能控制。供水系統中只有采用變頻器拖動的水泵，壓力略小些，系統存在湍流現象，有損耗。

方案（2）投資較大，但比方案（1）多節能20%，猿臺泵壓力一致，無湍流損耗，效果更佳。

9、多臺水泵并聯恒壓供水時采用信號串聯方式只用一個傳感器，其優點如下。

（1）節省成本。只要一套傳感器及PID，如圖4所示。

（2）因只有一個控制信號，所以輸出頻率一致，即同頻率，這樣壓力亦一致，不存在湍流損耗。

（3）恒壓供水時，當流量變化，泵的開動臺數通過PLC控制隨之變化。最少時1臺，中等量時2臺，較大量時3臺。當變頻器不工作停機時，電路（電流）信號是通路的（有信號流入，無輸出電壓、頻率）。

（4）更有利的是，因為系統只有一個控制信號，即使3臺泵投入不同，但工作頻率卻相同（即同步），壓力亦一致，這樣湍流損耗為零，亦即損耗最小，所以節電效果最佳。