變頻器概述

摘 要：變頻器，英文名：（Variable-frequency Drive，VFD），有些區域也稱為驅動控制器或變頻驅動器，是調速驅動系統之一，主要靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據電機實際需要的轉速和力矩來提供其所需要的電源電壓，從而達到電機調速和節能的目的。本文介紹了變頻器的工作原理，組成，選型及日常維護和保養。

關鍵詞：變頻器；工作原理；組成；維護保養

中圖分類號：TN773 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 14-0000-01

一、變頻器的工作原理

變頻器的工作原理是通過控制電路來控制主電路，主電路中的整流器將交流電轉變為直流電，直流中間電路將直流電進行平滑濾波，逆變器最后將直流電再轉換為所需頻率和電壓的交流電，部分變頻器還會在電路內加入CPU等部件，來進行必要的轉矩運算。

變頻調速原理：根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比。

n=60f（1-s）/p （1）

式中：n為異步電動機的轉速；f為電網頻率；s為電動機轉差率；P為電機磁極對數。

二、變頻器組成

（一）整流電路。將工頻交流電變換為直流電。由于整流器在轉變為直流電時，不需要對其調壓，所以一般采用二極管整流方式。這有利于提高變頻器的功率因數和降低成本。

（二）直流中間平波電路。整流電路輸出的直流電壓中，還含有6倍電源頻率的脈動電壓，脈動電壓對直流電很不利，影響后面的逆變電路，為了擬制電壓波動，采用直流電抗和電容吸收脈動電壓，一般裝置容量較小時，采用單一的電容濾波。平波電路具有穩定電壓和一定的儲能作用。

（三）逆變電路。因要將直流電變換為頻率可調的交流電供給電機。所以這里的逆變電路同時兼有調壓變頻功能。逆變電路中的晶體管應使用全控型器件，觸發電路采用SPWM正弦脈寬調制控制方式，實現調壓變頻功能。

（四）保護電路、制動回路。由于電壓型變頻器直流電壓固定和整流電路的電流不能反向，交流異步電動機再生制動（轉差率為負）時，傳動系統的動能變成電能后將存于中間濾波環節的電容上，使直流電壓升高。一般情況下，機械系統（含電動機）所積蓄的能量比電容儲存的能量大。快速調速時，為防止直流過壓（電容儲能過高），可通過可逆變流器向電源反饋或設制動回路（開關和電阻）把再生能源消耗掉。在能量消耗的過程中，溫度檢測模塊，對電路起保護作用，一旦發現溫度過高，即停在工作，保護變頻器逆變回路不會損壞。

三、變頻器的選型及注意事項

（一）變頻器的選型。變頻器主要應用于風機、泵類、門控、物料輸送、傳送帶等地的控制，因此變頻器的正確選用對于機械設備電控系統的正常運行至關重要。變頻器的種類繁多，按變頻器的用途可分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等；按變頻器工作原理可分為V/f控制變頻器、轉差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等。選擇變頻器，要按照機械設備的類型、負載轉矩特性、調速范圍、靜態速度精度、起動轉矩和使用環境的要求，來選用何種控制方式和防護結構的變頻器最為合適。

（二）平方轉矩負載。風機類、泵類負載是平方轉矩負載。一般情況下，具有U/f=const（U是指輸出電壓，f是指輸出電壓的頻率）控制模式的變頻器基本都能滿足這類負載的要求，下面根據這類變頻器的主要特點介紹選型時需要注意的問題。

1.避免過載。風機和水泵一般不容易過載，選擇變頻器的容量時保證其稍大于或等于電動機的容量；同時選擇的變頻器的過載能力要求也較低，但在變頻器功能參數選擇和預置時應注意，由于負載的阻轉矩與轉速的平方成正比，當工作頻率高于電動機的額定頻率時，負載的阻轉矩會超過額定轉矩，使電動機過載。所以，要嚴格控制最高工作頻率不能超過電機額定頻率。

2.啟/停時變頻器加速時間與減速時間的匹配。由于風機和泵的負載轉動慣量比較大，其啟動和停止時與變頻器的加速時間和減速時間匹配是一個非常重要的問題。在變頻器選型和應用時，應根據負荷參數計算變頻器的加速時間和減速時間來選擇最短時間，以便在變頻器啟動時不發生過流跳閘和變頻器減速時不發生過電壓跳閘的情況。

3.避免共振。由于變頻器是通過改變電動機的電源頻率來改變電機轉速實現節能的，有可能在某一電機轉速下與負荷軸系的共振點、共振頻率重合，造成負荷軸系不能容忍的振動，有時會造成設備停運或設備損壞，所以在變頻器功能參數選擇和預置時，應根據負荷軸系的共振頻率，通過設定跳躍頻率點和寬度，避免系統發生共振現象。

4.憋壓與水錘效應。（1）憋壓泵類負載在低速運行時，由于關閉出口閥門使壓力升高，從而造成泵汽蝕。在變頻器功能設定時，設定變頻器的最低頻率來限定泵流量的臨界點最低轉速，可避免此類現象的發生；（2）水錘效應泵類負載在突然斷電時，管道中的液體由于重力而倒流。若逆止閥不嚴或沒有逆止閥，將導致電機反轉，造成電機發電而使變頻器發生故障或燒壞。在變頻器系統設計時，應使變頻器按減速曲線停止，在電機完全停止后再斷開主電路，或者設定斷電減速停止功能，可避免該現象的發生。

四、變頻器日常維護和保養

隨著工廠自動化技術的發展，變頻器日益成為重要的驅動和控制設備，因此保障變頻器可靠運行也成為設備保養、降低故障停機時間的重要議題。

具體內容可分為：

（一）運行數據和故障記錄。每天記錄變頻器及電機的運行數據，包括變頻器輸出頻率、輸出電流、輸出電壓、變頻器內部直流電壓、散熱器溫度等參數，與合理數據進行比較分析，以利于提前發現故障隱患。變頻器如發生故障跳閘，務必記錄故障代碼，和跳閘時變頻器的運行工況，以便分析故障的具體原因。

（二）變頻器日常檢查。每兩周進行一次，檢查記錄運行中的變頻器三相輸出電壓和三相輸出電流，并注意比較他們之間的平衡度；檢查記錄環境溫度、接線端子問題、散熱器溫度；察看變頻器有無異常振動，聲響，風扇是否運轉正常。

（三）變頻器保養。變頻器每季度需清灰保養一次。保養要清除變頻器進風口、出風口和風道上的積灰，雜物，將變頻器表面擦拭干凈；在保養的同時要仔細檢查變頻器，察看變頻器內有無發熱變色部分，水泥電阻有無開裂現象，電解電容有無膨脹漏液防爆孔突出等現象，PCB板有無異常，有沒有發熱燒黃部位。保養結束后，要恢復變頻器的參數和接線，電機在3Hz的低頻試運行1分鐘，以確保變頻器工作正常。

參考文獻：

[1]王禮平，王觀鳳.SPWM變頻器工作原理和基本特點[J].中南民族學院學報（自然科學版），1995（02）.

[2]畢海銀.變頻器應用概論[J].黑龍江科技信息，2013（10）.