变频器340问

绪论异步电动机基础知识异步电动机和任何电动机一样，三相交流异步电动机也分定子和转子。

定子铁心由硅钢片叠成，铁心槽中安置三相绕组。

所谓三相绕组，就是三组在空间位置上相差120电角度的绕组。

转子铁心也由硅钢片叠成，铁心槽中安置短路绕组，用的最普遍的是笼型转子。

把相位上相差120电角度的三相交流变电流分别通入定子的三相绕组中，在三相交变电流不断交变过程中，它们的合成磁场将是一个在空间旋转的磁场，称为旋转磁场。

该旋转磁场的转速称为同步转速。

同步转速=60*f/pF-------电流频率，hzP--------磁极对数。

定子绕组的旋转磁场的存在是异步电动机运行的根本条件。

旋转磁场的磁力线被静止的转子切割，转子绕组中将产生感应电动势和感应电流，转子的这个感应电流又和定子的旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，转子因而旋转起来。

因为转子产生感应电动势和感应电流的前提条件是转子绕组必须切割旋转磁场的磁力线，所以，转子的转速总是低于旋转磁场的转速（同步转速），故称为异步电动机。

变频器就是一种可以任意调节其输出电压和频率，使三相交流异步电动机实现无级调速的装置。

转子绕组是切割了定子的旋转磁场而产生感应电动势和感应电流从而获得能量的。

所以，定子是通过磁场把能量传递给转子的。

什么是动态响应？动态响应可以从两方面说明。

1转速指令改变后的跟随能力。

在负载转矩的大小不变的情况下，当转速指令上升时，电动机实际转速跟随上升的能力。

跟随得快，说明动态响应能力强。

2负载突变后的恢复能力。

在转速指令不变情况下，当负载转矩突然增大时，拖动系统的转速肯定要下降，但通过转速反馈等环节，电动机的转矩将迅速增加，转速也很快回升到负载突变前的转速。

异步电机怎样发电？任何电机都是可逆的，当它接上电源，输入电能时，就可以产生电磁转矩，把电能转换成机械能。

而当它被别的旋转机械带着旋转时，就可以发电，把机械能转换成电能。

上述能量转换过程，都是电与磁相互作用的结果。

因此在能量转换过程中，一个十分重要的因素就是必须要有磁场。

在直流电机和同步电机里，都有专门的励磁绕组用来产生磁场。

励磁电路和主电路是互相独立的。

发电时，让励磁电路通电，产生磁场，然后由原动机带动转子旋转，使主电路切割磁力线而发电。

但异步电动机的励磁电流和转矩电流是在同一绕组里的。

在不通电的情况下是没有磁场的，仅仅由原动机带动转子将不能发电。

所以，异步电机如果要发电，只有在接入三相电源的情况下才有可能。

然而接入电源后，电机必将以电动机的状态自行旋转，。

要想发电，必须在外力带动下，使转子的转速超过同步转速（旋转磁场转速），使转子绕组“主动”地切割磁力线而发电。

异步电动机处于发电的情况主要有2种：1频率下降正常时，电动机实际转速总是低于同步转速的。

而在频率下降瞬间，由于惯性，转子的转速不变，而旋转磁场的转速已经下降了。

转子转速超过了磁场的转速，转子电动势和电流等都与原来相反，所产生的电磁转矩是与电动机旋转方向相反的制动转矩，电动机处于发电状态（再生制动状态）。

从能量观点看，减速过程是拖动系统释放动能的过程，所释放的动能转换成了再生能量。

2重物下降重物的重力将使转子的转速超过同步转速，其结果与1类似，这时反向转矩的作用是阻止重物不断地加速。

从能量观点看，重物下降过程是拖动系统释放势能的过程，势能转换成了再生能量。

变频专用电动机变频器的输出电压是经过正弦脉宽调制的高压高频脉冲波，从而在输出电流中产生了频率很高的谐波电流，变频调速对普通电机的影响主要有：1谐波电流影响高次谐波电流将使电动机的损耗增加，温升上升，原因如下：高次谐波电流产生转速很高的附加旋转磁场，被转子绕组切割，产生较大的附加转子电流，增加损耗；铁损是和频率的二次方成比例，由附加磁场引起的铁损也不容忽视2高压高频脉冲电压的影响电动机定子绕组要承受很高的电压上升率，相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压。

这将对电动机的各绝缘层加速老化。

因此，普通电动机配上变频器后，绕组击穿的事情时有发生。

3低速运行的影响低频运行时，因变频器的输出侧的电压频率（u/f)容易配置不当，使电动机磁路饱和，励磁电流的波形严重畸变。

普通异步电动机依靠内部扇叶冷却，低速运行时，扇叶转速也不高，使电动机冷却状态变坏，温升增加。

变频专用电动机特点1绕组：尽量减小电阻，减小铜损；适当增加电感，以减小谐波电流。

2铁心：磁路电磁负荷裕量较大，磁路不易饱和。

3绝缘：加强槽绝缘，采用F级绝缘材料，极限工作温度155度。

若采用H级绝缘材料，极限温度可达180度。

4冷却：散热风扇由独立的电机拖动，直接与三相电源相接，强迫通风冷却5输出轴加长：输出轴较长，以便安装编码器及机械制动装置等。

变频拖动系统的技术数据额定温升和绝缘等级：电动机运行时，存在着铜损、铁损以及机械损耗等各种功率的损失，这些损耗都要转化成热能，使电动机的温度上升。

温度太高了，会破坏电动机各部分的绝缘，将电动机“烧坏”。

电动机规定的额定温升定义为电动机允许的最高温度与环境温度之差。

我国环境温度规定为40℃。

电动机额定温升的高低，取决于内部绝缘材料的等级。

电动机常用的绝缘材料有：E级：极限工作温度为120℃。

B级：极限工作温度为130℃。

F级：极限工作温度为155℃。

三相线电压之最大差值与额定线电压之比，称为电源电压的不平衡率。

例如电源的三相电压分别是385V,381V,378V，则ΔU=385-378=7V不平衡率=7/380=1.8%大多数变频器的允许范围是3%。

变频器的输出电压是随输出频率而变的，所以变频器输出侧额定电压的定义是变频器输出的最大线电压。

一般情况下，变频器的额定输出电压总是和输入侧的电源电压相等。

变频器的额定电流实际上就是额定输出电流，其定义是允许长时间输出的最大线电流。

当变频器输出额定频率时，其输出电压和输入电压相等，因此，输入电流和输出电流也基本相等。

变频器的输出电流就是电动机电流。

变频器的配用电动机容量如何定义？定义是在带长期不变负载时，允许配用电动机的最大容量。

这里必须注意，电动机的带负载能力，除了要受到过载能力制约外，还取决于电动机绕组的温升是否超过额定值，而绕组温度的上升是需要时间的，在变动负载或断续负载中，只要电动机温升没超额定值，短时间的过载是允许的。

但变频器是全晶体管设备，过载能力很差，所以，在不是长期不变负载时，配用电动机的容量常常需要降低一个档次。

变频器的过载能力，指变频器的输出电流允许超过额定电流的倍数和时间。

大多数变频器的过载能力为：通用变频器：150%，1min；180%，2s水泵、风机专用变频器：120%，1min;150%，2s变频器的安装和配线环境温度对变频器的影响：①影响脉宽调制的计算精度变频器在进行脉宽调制时，其脉冲宽度及脉冲间的间隔时间只有若干微秒，对计算的准确性要求极高。

温度过高，会使SPWM大规模集成电路的参数发生变化，导致运行的准确性降低②影响矢量变换的计算精度变频器的矢量变换，是根据电动机的参数进行计算的，环境温度升高后，电动机绕组的参数将发生变化，从而影响矢量变换的计算精度③影响最大输出电流温度升高后，将影响逆变管的开通和关断速度，而逆变管的开关速度又和电流大小有关，所以变频器允许最大输出电流将有所下降。

可见，当环境温度为55度时，最大输出电流只有40度时的80%了。

④影响电容器寿命⑤温度过低时，电解电容器中的电解液有可能被冻住而失效。

变频器运行过程中，本身功耗约占运行功率的4%，这些功耗将使变频器自身发热。

其中，逆变桥各桥臂的两个功率管（如IGBT)以很高的频率（载波频率）不断地交替导通截止，所产生的功耗最多，约占总功耗的50%以上。

而在交替导通和截止过程中，其开关特性将因温度升高为变差。

所以在变频器中，逆变模块非但发热最多，并且对温度最敏感。

而逆变模块是变频器最为核心的部件。

能否有效地降低逆变模块的温度，对于延长变频器的寿命至关重要。

变频器的输入端和输出端之间绝对不允许接错。

万一把电源进线错误接到了U,V,W端，则不管哪个逆变管导通，都将引起两相间的短路而把逆变管迅速烧坏。

对控制线屏蔽层的处理：屏蔽线的屏蔽层只能一端接地，原则上以在变频器一侧接地为宜。

如上图左侧所示，屏蔽层应往回翻转在外层绝缘上，外部缠以绝缘胶带（4圈以上）。

绝缘胶带不应把屏蔽线的内层绝缘全部覆盖，应让内层绝缘露出5mm左右。

接地端的处理：如上图右侧，接地侧屏蔽层也要用绝缘胶带缠紧。

以免散乱和毛刺外露。

有反馈矢量控制的转速信号大多由编码器测得。

编码器与变频器的连接主要有两种：1直接连接。

即将编码器各引出线直接接至变频器对应端子。

2通过控制卡连接。

配置专用的速度控制卡。

跳跃频率任何机械在运转时都会产生振动。

每台机器又都有一个固有振荡频率，它取决于机械的结构。

如果生产机械运行在某一转速下，所引起的振动频率和机械的固有频率吻合的话，则产生共振，导致剧烈振动。

设置跳跃频率的目的，就是使拖动系统把可能引起共振的转速跳过去。

载波频率变频器的输出电压是经过正弦脉宽调制的矩形脉冲序列。

这些脉冲序列是由正弦波和三角波的交点决定的。

这里，正弦波称为调制波，三角波称为载波，载波频率就是三角波的频率。

直观的说，载波频率低，矩形脉冲个数少，如上图(b)；反之，则脉冲个数多，如（a)。

载波频率与噪声的关系载波（三角波）频率较低时，相当于对调制波（正弦波）的还原性差，即变频器的输出波形(电压波形、电流波形）的正弦曲线不够平滑，毛刺较大，高次谐波电流成分强，另一方面，较低的频率正和人耳对声音的敏感区吻合，所以人们容易听到嗡嗡的电磁噪声。

载波频率较高时，一方面，变频器输出的正弦波形较光滑，高次谐波成分小，另一方面，较高的频率也超出了人耳的敏感区，噪声就比较地小了。

相应地，电机的振动和噪音也小，电机发热也越小。

载波频率对变频器输出电流的影响（1）运行频率越高，则电压波的占空比越大，电流高次谐波成份越小，即载波频率越高，电流波形的平滑性越好；（2）载波频率越高，变频器允许输出的电流越小；（3）载波频率越高，布线电容的容抗越小（因为Xc=1/2πfC），由高频脉冲引起的漏电流越大。

2、载波频率对电机的影响载波频率越高，电机的振动越小，运行噪音越小，电机发热也越少。

但载波频率越高，谐波电流的频率也越高，电机定子的集肤效应也越严重，电机损耗越大，输出功率越小。

3、载波频率对其它设备的影响载波频率越高，高频电压通过静电感应，电磁感应，电磁辐射等对电子设备的干扰也越严重。

4、载波频率对变频器自身的影响载波频率越大，变频器的损耗越大，输出功率越小。

如果环境温度高，逆变桥上下两个两个逆变管在交替导通过程中的死区将变小，严重时可导致桥臂短路而损坏变频器。

总之，载波频率增大，可以改善电机噪音和振动，同时变频器输出电压、输出电流、输出功率等均减小，对周围设备的干扰也会增大。