一、變頻器定義

　　變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)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(dòng)單元、驅動(dòng)單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠?jì)炔縄GBT的開(kāi)斷來(lái)調整輸出電源的電壓和頻率，根據電機的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)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(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護等等。隨著(zhù)工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。

二、變頻器概述

　　主電路是給電動(dòng)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(lèi)：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(dòng)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
　　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(jìn)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(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)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(shí)間使6個(gè)開(kāi)關(guān)器件導通、關(guān)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(kāi)關(guān)時(shí)間和電壓波形。
　　控制電路是給異步電動(dòng)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(dòng)機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進(jìn)行放大的“驅動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)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(jìn)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(dòng)電路：驅動(dòng)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(guān)斷。
（4）速度檢測電路:以裝在異步電動(dòng)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(dòng)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(fā)生過(guò)載或過(guò)電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。

三、變頻器節能

　　變頻器節能主要表現在風(fēng)機、水泵的應用上。為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機械在設計配用動(dòng)力驅動(dòng)時(shí)，都留有一定的富余量。當電機不能在滿(mǎn)負荷下運行時(shí)，除達到動(dòng)力驅動(dòng)要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費。風(fēng)機、泵類(lèi)等設備傳統的調速方法是通過(guò)調節入口或出口的擋板、閥門(mén)開(kāi)度來(lái)調節給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門(mén)的截流過(guò)程中。當使用變頻調速時(shí)，如果流量要求減小，通過(guò)降低泵或風(fēng)機的轉速即可滿(mǎn)足要求。
　　電動(dòng)機使用變頻器的作用就是為了調速，并降低啟動(dòng)電流。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設備首先要把電源的交流電變換為直流電（DC），這個(gè)過(guò)程叫整流。把直流電（DC）變換為交流電（AC）的裝置，其科學(xué)術(shù)語(yǔ)為“inverter”(逆變器)。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源。對于逆變?yōu)轭l率可調、電壓可調的逆變器我們稱(chēng)為變頻器。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要是用在三相異步電動(dòng)機調速用，又叫變頻調速器。對于主要用在儀器儀表的檢測設備中的波形要求較高的可變頻率逆變器，要對波形進(jìn)行整理，可以輸出標準的正弦波，叫變頻電源。一般變頻電源是變頻器價(jià)格的15－－20倍。由于變頻器設備中產(chǎn)生變化的電壓或頻率的主要裝置叫“inverter”，故該產(chǎn)品本身就被命名為“inverter”，即：變頻器。
　　變頻不是到處可以省電，有不少場(chǎng)合用變頻并不一定能省電。 作為電子電路，變頻器本身也要耗電（約額定功率的3-5%）。一臺1.5匹的空調自身耗電算下來(lái)也有20-30W,相當于一盞長(cháng)明燈. 變頻器在工頻下運行，具有節電功能，是事實(shí)。但是他的前提條件是：
　　第一、大功率并且為風(fēng)機/泵類(lèi)負載；
　　第二、裝置本身具有節電功能（軟件支持）；
　　第三、長(cháng)期連續運行。
　　這是體現節電效果的三個(gè)條件。除此之外，無(wú)所謂節不節電，沒(méi)有什么意義。如果不加前提條件的說(shuō)變頻器工頻運行節能，就是夸大或是商業(yè)炒作。知道了原委，你會(huì )巧妙的利用他為你服務(wù)。一定要注意使用場(chǎng)合和使用條件才好正確應用，否則就是盲從、輕信而“受騙上當”。
功率因數補償節能
　　無(wú)功功率不但增加線(xiàn)損和設備的發(fā)熱，更主要的是功率因數的降低導致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無(wú)功電能消耗在線(xiàn)路當中，設備使用效率低下，浪費嚴重，使用變頻調速裝置后，由于變頻器內部濾波電容的作用，從而減少了無(wú)功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。
軟啟動(dòng)節能
　　電機硬啟動(dòng)對電網(wǎng)造成嚴重的沖擊，而且還會(huì )對電網(wǎng)容量要求過(guò)高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)時(shí)對擋板和閥門(mén)的損害極大，對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節能裝置后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開(kāi)始，最大值也不超過(guò)額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長(cháng)了設備和閥門(mén)的使用壽命。節省了設備的維護費用。
　　從理論上講，變頻器可以用在所有帶有電動(dòng)機的機械設備中，電動(dòng)機在啟動(dòng)時(shí)，電流會(huì )比額定高5-6倍的，不但會(huì )影響電機的使用壽命而且消耗較多的電量.系統在設計時(shí)在電機選型上會(huì )留有一定的余量，電機的速度是固定不變，但在實(shí)際使用過(guò)程中，有時(shí)要以較低或者較高的速度運行，因此進(jìn)行變頻改造是非常有必要的。變頻器可實(shí)現電機軟啟動(dòng)、補償功率因素、通過(guò)改變設備輸入電壓頻率達到節能調速的目的，而且能給設備提供過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載等保護功能。
采用WP4000變頻功率分析儀直接測量變頻器的輸入輸出電參數，對變頻器的性能進(jìn)行評估，適用于額定電壓10kV、額定電流3500A以下的各容量、型號的變頻器。一臺WP4000變頻功率分析儀可連接6個(gè)傳感器/變送器（輸入單元），可同步測量“單相輸入/三相輸出”或“三相輸入/三相輸出”，非常方便的完成變頻器效率、損耗以及輸出信號諧波分析。

 

圖3、變頻器輸出波形

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