變頻電機的工作原理構造原理及其主要特點

　　隨著電力電子技術及新型半導體器件的迅速發(fā)展 ，交流調(diào)速技術得到不斷的完善和提高 ，逐步完善的變頻器以其良好的輸出波形、優(yōu)異的性能價格比在交流電機上得到廣泛應用。 例如： 鋼廠用于軋鋼的大型電動機和中、小型輥道電動機、鐵路及城市軌道交通用牽引電機、電梯電機、集裝箱起吊設備用起重電機、水泵和風機用電機、壓縮機、家用電器用電機等都相繼使用交流變頻調(diào)速電機 ，并取得了良好效果。采用交流變頻調(diào)速電機比直流調(diào)速電機具有顯著的優(yōu)點：

　?。?1）調(diào)速容易 ，而且節(jié)能。

　　（ 2）交流電機結構簡單、體積小、慣量小、造價低、維修容易、耐用。

　　（ 3）可以擴大容量 ，實現(xiàn)高轉速和高電壓運行。

　?。?4）可以實現(xiàn)軟啟動和快速制動。

　　（ 5）無火花、防爆、環(huán)境適應能力強。

　　近年來 ，國際上變頻調(diào)速傳動裝置以每年 13 %～ 16% 的增長率發(fā)展 ，并有逐步取代大部分直流調(diào)速傳動裝置的趨勢。 由于以恒頻、恒壓電源進行工作的普通異步電機應用于變頻調(diào)速系統(tǒng)時 ，存在著很大的局限性 ，國外發(fā)展了根據(jù)使用場合和使用要求而設計的專用的變頻交流電動機。例如 ，有低噪音、低振動用的電機 ，有提高低速轉矩特性的電機 ，有高速電機 ，有帶測速發(fā)電機的電機以及矢量控制電機等。

　　變頻電機的工作原理

　　變頻器是把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置，在實際的生產(chǎn)中有著十分廣泛的應用。那么變頻器的工作原理是什么呢？下面電工之家?guī)黄饋矸窒硪幌隆?/p>

　　它的主電路由三部分構成，即整流器、平波回路和逆變器，并一般分為電流型和電壓型。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(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。

　　整流器

　　最近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(chǎn)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(diào)）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(qū)動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”組成。

　?。?）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。

　?。?）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。

　?。?）驅(qū)動電路：驅(qū)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。 　?。?）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(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉。

　?。?）保護電路：檢測主電路的電壓、電流等，當發(fā)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，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。

　　上圖就是變頻器控制電路的原理示意圖。上半部為主電路，下半部為控制電路。主要由控制核心CPU 、輸入信號、輸出信號和面板操作指示信號、存儲器、LSI電路組成。

　　外接電位器的模擬信號經(jīng)模數(shù)轉換將信號送入CPU，達到調(diào)速的目的。外接的開關量信號也經(jīng)由與非門送入控制CPU。

　　變頻電機的構造原理

　　異步電動機的轉速當轉差率變化不大時，轉速正比于頻率，可見改變電源頻率就能改變異步電動機的轉速。在變頻調(diào)速時，總希望主磁通保持不變。若主磁通大于正常運行時的磁通，則磁路過飽和而使勵磁電流增大，功率因數(shù)降低；若主磁通小于正常運行時的磁通，則電機轉矩下降。

　　變頻電機的主要特點

　　變頻專用電動機具有如下特點：

　　B級溫升設計，F(xiàn)級絕緣制造。采用高分子絕緣材料及真空壓力浸漆制造工藝以及采用特殊的絕緣結構，使電氣繞組采用絕緣耐壓及機械強度有很大提高，足以勝任馬達之高速運轉及抵抗變頻器高頻電流沖擊以及電壓對絕緣之破壞。

　　平衡質(zhì)量高，震動等級為R級（降振級）機械零部件加工精度高，并采用專用高精度軸承，可以高速運轉。

　　強制通風散熱系統(tǒng)，全部采用進口軸流風機超靜音、高壽命，強勁風力。保障馬達在任何轉速下，得到有效散熱，可實現(xiàn)高速或低速長期運行。

　　經(jīng)AMCAD軟件設計的YP系列電機，與傳統(tǒng)變頻電機相比較，具備更寬廣的調(diào)速范圍和更高的設計質(zhì)量，經(jīng)特殊的磁場設計，進一步抑制高次諧波磁場，以滿足寬頻、節(jié)能和低噪音的設計指標。具有寬范圍恒轉矩與功率調(diào)速特性，調(diào)速平穩(wěn)，無轉矩脈動。

　　與各類變頻器均具有良好的參數(shù)匹配，配合矢量控制，可實現(xiàn)零轉速全轉矩、低頻大力矩與高精度轉速控制、位置控制及快速動態(tài)響應控制。YP系列變頻專用電機可配制剎車器，編碼器供貨，這樣即可獲得精準停車，和通過轉速閉環(huán)控制實現(xiàn)高精度速度控制。

　　采用“減速機+變頻專用電機+編碼器+變頻器”實現(xiàn)超低速無級調(diào)速的精準控制。YP系列變頻專用電機通用性好，其安裝尺寸符合IEC標準，與一般標準型電機具備可互換性。