對變頻器工作技術原理及運用的研究

作者 / 于良，山東省冶金設計院股份有限公司

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對變頻器工作技術原理及運用的研究

作者 / 于良，山東省冶金設計院股份有限公司

伴隨著計算機技術、電子技術以及電氣傳動技術的快速發展，使得自動控制在現代工業發展中的應用越來越普遍。其中變頻器由于調速性能好、節約能耗，使其在工業生產中已經逐漸取代了傳統的直流調速和計算機控制技術，因此本文對變頻器工作技術原理及運用進行深入研究

變頻器；工作原理；技術；運用

變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）：主要進行交流調速，運用變頻和微電子技術，通過轉變電機工作電源頻率方式，對交流電動機設備進行控制。變頻器主要由：整流、逆變、濾波、驅動單元、制動單元和檢測單元等組成。變頻器通過控制內部IGBT，來調節輸出電源的電壓和頻率，根據設備的實際需求，提供其所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的，此外，變頻器還有很多的保護功能，具體包括過流、過壓以及過載保護等。在現代工業自動化技術不斷提升的大背景下，變頻器的普及和應用也顯得至關重要。

1. 變頻器的基本工作原理

變頻器主要由整流器、中間電路、逆變器、控制電路以及電動機構成。其中整流器是將電網電流轉換成直流電；中間電路主要負責電流的傳輸；逆變器則是將大功率開關晶體管陣列組成電子開關，然后將直流電轉換成不同頻率、寬度以及幅度的方波；控制電路是按照原先設定好的工作程序，控制輸出方波的幅度以及脈沖寬度，使其疊加成接近正弦波的交流電從而驅動電動機工作。變頻器主要結構如下圖1所示：

圖1 變頻器主要結構圖

變頻器在進行調速的過程中，可以分為變極調速、變轉差率調速以及變頻調速三種形式，其中變極調速是指電動機正常運轉的過程中改變定子繞組的極對數，從而同步改變電動機的轉數，如果定子繞組數增加一倍，相應的電動機轉速就減少一半，這種按極調速的方法無法進行平滑調速；變轉差率調速主要涉及到電動機、電磁轉差離合器、測速發電機以及控制裝置，通過改變電磁轉差離合器的電流進行調速，可以進行無極平滑調速，但是由于傳遞效率調低，不適用恒功率的負載電路；變頻調速主要是改變電動機電源的頻率進行變速調節，該方式結構簡單、調速范圍大、精度高、適用范圍廣、調速性能在三者之間最好。

2. 變頻器的功能特點

變頻器在現代工業生產中的普及和應用不僅提升了工人的勞動生產率、提高產品質量、設備自動化程度，而且還有效的降低了能源消耗，改善環境和生活質量，以下就對變頻器的功能特點進行詳細分析。

■2.1 調速效果好

變頻器在調速過程中，只需要改變設備內部的逆變管開關順序即可，調速效果好。通常情況下，變頻器在調速環節中都是從低速開始調節，頻率較低，而且加減速的時間可以自由設定，這樣一來，變頻器就可以在啟動電流較小的情況下實現平滑調速。此外，變頻器還有直流控制功能，根據情況需要，變頻器給電動機增加一個直流電壓即可實現直流制動控制。

■2.2 降低能耗

變頻器在降低能耗方面有著非常顯著的效果，尤其是鼓風機、風機以及泵類的負載節能方面，通常可以達到20%～60%。鼓風機、風機、泵負載很多，在交流電動機總容量中占20%～30%，因此在接入變頻調速后，設備需要的平均電流較小，因此，采用變頻調速節能效率顯著。

■2.3 提高生產效率

變頻器除了應用在鼓風機、風機、泵類之外，還廣泛應用于起重機、注塑機、傳送帶、機床、紙、膜、鋼板加工以及空調、電梯等自動化控制領域。因此，變頻器可以有效的提升設備工作效率，降低設備故障率和維護成本，而且操作簡單，對于整個工業自動化控制水平的提升有著非常重要的意義。

3. 變頻器的應用效果評價

在現代科技的發展下，變頻器調速的性能已經日趨成熟，其功能也越來越豐富，因此，除了基本的調速控制外，在聯合計算機智能控制的情況下設備的檢測和保護功能，也得到了有效提升，因此，變頻器應用的領域也越來越廣泛，例如：印刷設備、電梯控制、紡織行業、工業生產流水線、數控機

床等方面都有廣泛應用，變頻器的主要應用如下表1所示。

表1 變頻器的運用效果示意圖

4. 結論

綜上所述，電動機的交流變頻調速以其節能效果好、技術先進、工作性能高等優勢，在工業自動化生產中的應用越來越普遍。目前變頻器已經成為國內外公認的最理想的調速方式之一，尤其是在市場競爭日趨激烈、能源危機日益嚴重的當下，采用變頻器調速來提升工業生產的自動化程度、提高生產效率以及提高產品質量是工業發展的主要道路，本文在此基礎上深入分析了變頻器的主要結構和技術原理，為日后變頻器的應用和研究提供有力依據。

＊ ［1］張靜宇.變頻器調速技術在風機系統節能中的應用［J］.山東工業技術.2016（01）

＊ ［2］徐瑞生.基于DSP和ARM的變頻器設計［D］.大連理工大學，2014

＊ ［3］廖常初.“S7-200 SMARTPLC”講座 第8講S7-200SMART與變頻器V20的USS協議通信［J］. 電世界. 2016（01）