变频器的基本原理

一、变频器的原理

变频器按能量变换的情况，可以分为交—交变频器与交—直—交变频器两种，前者是将工频电源转变成所需频率的交流电源，故称直接变频，后者是把直流电能（一般经交流电源整流而得）转变为所需频率的交流电源，故称为逆变器。

1.交—交变频器

简单的交—交变频器，可用两组反并联的变流器组成，如下图：如果让正组变流器和反组变流器轮流地导通，则负载上就获得交变的输出电压u0，u0的幅值可以通过改变变流器的控制角α加以调节，u0的频率则有正、反两组变流器轮流导通的切换频率所决定。

2.交—直—交变频器

交—直—交变频器是由整流器与逆变器组成，如下图：如果让两对晶闸管T1、T4与T2、T3轮流切换导通，则负载上就得到交流输出电压u0，u0的幅值可以用改变直流电压ud来调节,u0的频率则取决于两对晶闸管的切换频率。

二、变频器应用于鼠笼型异步电机时的选择要点

1.负载电流

电动机采用变频器运转同采用工频电源运转相比，由于变频器输出电压、电流中所含谐波的影响，电动机的效率、功率因数将降低，电流将增加（同一负载约增10%）。电动机负载非常轻时，即使电动机电流在变频器额定电流以内，也不能使用比电动机容量小很多的变频器，这是因为电动机的电抗随电动机的容量不同，即使电动机负载相同，电动机容量越大，其脉动电流值也就越大，因而有可能超过变频器的过流耐量。

2.低速运转时的转矩特性

标准电动机采用变频器低速运转时，对于U/f一定的转距控制，各频率下运转电流大体同电动机额定频率下的运转电流一样，因此主要应控制电动机的铜损造成的温升。在这种低速情况下，即使电动机的铜损大体与额定转速时相同，但由于转速变低，电动机冷却效果变差，电动机定子绕组温升就变大，所以必须与此温升相应地减小运转转矩，降低铜损使用。

3.短时最大转距

标准电动机在额定电压、额定频率下，通常具有输出200%左右最大转距的能力，如果用变频器运转标准电动机，其转距特性有如下限制：

1）为了保护主电路电力电子元件等，变频器设有限流功能和过流时中断晶体管工作等功能，以防止超过耐量的电流流过，此过电流耐量通常为变频器额定电流的150%左右。

2）在数赫的低频区运转时，电动机电阻在阻抗中占的比例增大，转矩特性大幅度降低。

由以上两个限制，电动机与变频器组合时最大转矩值的情况，在低频区最大转矩值变小。在负载变动大或需要启动转矩大的情况下，要注意容量的选择，可使用上一级的电动机与变频器。

4.容许最高频率范围

通用变频器中，有的可以输出工频以上的频率，但电动机是以工频下运转为前提制造的，因此在工频以上频率使用时，必须确认电动机允许最高频率范围，通常电动机允许最高频率范围受以下因素限制：

1）轴承的极限转速；

2）风扇、端子等的强度；

3）转子的危险速度；

4）其他特殊零件的强度。

5.噪声

电动机用变频器运转时，与工频电源相比噪声有些增大，特别是电动机在额定转速以上运转，通风噪声非常大，采用时必须充分考虑。另外，低速运转同工频运转相比，也有刺耳的金属声（磁噪声）发生，可以使用电抗器，以降低磁噪声。

6.振动

电动机用变频器运转时，就电动机本身来说，冋工频电源相比，振动并没有大幅度增加。但是把电动机安装在机械上，由于机械系统的固有频率发生谐振，以及与所传动机械的旋转体不平衡量大时，往往发生异常振动，为此需要考虑修正平衡，采用轮箍式联轴节或防震橡胶等措施。