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变频器基础知识
[正文]:2. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？ *1: r/min 电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm. 例如：4极电机 60hz 1,800 [r/min] 4极电机 50hz 1,500 [r/min] 电机的旋转速度同频率成比例 本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。
感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率（如下图所示）。
由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。
由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适和改变该值来调整电机的速度。
另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。
因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。
n = 60f/p n: 同步速度 f: 电源频率 p: 电机极数 改变频率和电压是最优的电机控制方法 如果仅改变频率，电机将被烧坏。
特别是当频率降低时，该问题就非常突出。
为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压 例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60hz改变到30hz，这时变频器的输出电压就必须从200v改变到约100v。
如果要正确的使用变频器, 必须认真地考虑散热的问题. 变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。
使用寿命随温度升高而成指数的下降。
环境温度升高10度，变频器使用寿命减半。
因此，我们要重视散热问题啊！ 在变频器工作时，流过变频器的电流是很大的, 变频器产生的热量也是非常大的，不能忽视其发热所产生的影响 通常，变频器安装在控制柜中。
我们要了解一台变频器的发热量大概是多少. 可以用以下公式估算: 发热量的近似值＝ 变频器容量（kw）×55 [w] 在这里, 如果变频器容量是以恒转矩负载为准的 (过流能力150% * 60s) 如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器, 并且也在柜子里面, 这时发热量会更大一些。
电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。
这时可以用估算: 变频器容量（kw）×60 [w] 因为各变频器厂家的硬件都差不多, 所以上式可以针对各品牌的产品. 注意： 如果有制动电阻的话，因为制动电阻的散热量很大， 因此最好安装位置最好和变频器隔离开， 如装在柜子上面或旁边等。
那么, 怎样采能降低控制柜内的发热量呢? 当变频器安装在控制机柜中时，要考虑变频器发热值的问题。
根据机柜内产生热量值的增加，要适当地增加机柜的尺寸。
因此，要使控制机柜的尺寸尽量减小，就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。
如果在变频器安装时，把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面，将会使变频器有70％的发热量释放到控制机柜的外面。
由于大容量变频器有很大的发热量，所以对大容量变频器更加有效。
还可以用隔离板把本体和散热器隔开, 使散热器的散热不影响到变频器本体。
这样效果也很好。
变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的，横着放散热会变差的! 关于冷却风扇 一般功率稍微大一点的变频器， 都带有冷却风扇。
同时，也建议在控制柜上出风口安装冷却风扇。
进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。
注意控制柜和变频器上的风扇都是要的，不能谁替代谁。
其他关于散热的问题 1。
在海拔高于1000m的地方，因为空气密度降低，因此应加大柜子的冷却风量以改善冷却效果。
理论上变频器也应考虑降容，1000m每-5%。
但由于实际上因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大， 所以也要看具体应用。
比方说在1500m的地方，但是周期性负载，如电梯，就不必要降容。
2。
开关频率：变频器的发热主要来自于igbt， igbt的发热有集中在开和关的瞬间。
因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。
有的厂家宣称降低开关频率可以扩容， 就是这个道理。
矢量控制是怎样使电机具有大的转矩的？ *1: 转矩提升 此功能增加变频器的输出电压，以使电机的输出转矩和电压的平方成正比的关系增加，从而改善电机的输出转矩。
改善电机低速输出转矩不足的技术 使用"矢量控制"，可以使电机在低速,如(无速度传感器时)1hz（对4极电机，其转速大约为30r/min）时的输出转矩可以达到电机在50hz供电输出的转矩（最大约为额定转矩的150％）。
对于常规的v/f控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。
为了补偿这个不足，变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。
变频器的这个功能叫做"转矩提升"（*1）。
转矩提升功能是提高变频器的输出电压。
然而即使提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。
因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量（如励磁分量）。
"矢量控制"把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量（如励磁分量）的数值。
"矢量控制"可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。
此功能对改善电机低速时温升也有效。
变频器制动的情况 *1: 制动的概念 指电能从电机侧流到变频器侧（或供电电源侧）,这时电机的转速高于同步转速. 负载的能量分为动能和势能. 动能(由速度和重量确定其大小）随着物体的运动而累积。
当动能减为零时，该事物就处在停止状态。
机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。
对于变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低。
这时会产生制动过程. 由制动产生的功率将返回到变频器侧。
这些功率可以用电阻发热消耗。
在用于提升类负载,在下降时, 能量(势能)也要返回到变频器(或电源)侧,进行制动. 这种操作方法被称作"再生制动"，而该方法可应用于变频器制动。
在减速期间，产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到变频器电源侧的方法叫做"功率返回再生方法"。
在实际中，这种应用需要"能量回馈单元"选件。
怎样提高制动能力？ 为了用散热来消耗再生功率，需要在变频器侧安装制动电阻。
为了改善制动能力，不能期望靠增加变频器的容量来解决问题。
请选用"制动电阻"、"制动单元"或"功率再生变换器"等选件来改善变频器的制动容量 3. 当电机的旋转速度改变时，其输出转矩会怎样？ *1: 工频电源 由电网提供的动力电源（商用电源） *2: 起动电流 当电机开始运转时，变频器的输出电流 变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动 我们经常听到下面的说法："电机在工频电源供电时（*1）时，电机的起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些"。
如果用大的电压和频率起动电机，例如使用工频电网直接供电，就会产生一个大的起动冲击（大的起动电流 (*2) ）。
而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机产生的转矩要小于工频电网供电的转矩值。
所以变频器驱动的电机起动电流要小些。
通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减些减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。
通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。
当变频器调速到大于60hz频率时，电机的输出转矩将降低 通常的电机是按50hz(60hz)电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。
因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速. (t=te, p<=pe) 变频器输出频率大于50hz频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。
当电机以大于60hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。
举例，电机在100hz时产生的转矩大约要降低到50hz时产生转矩的1/2。
因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速.  变频器选型： 变频器选型时要确定以下几点： 1) 采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。
2) 变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。
3) 变频器与负载的匹配问题； i. 电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。
ii. 电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。
对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。
iii.转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。
4) 在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。
因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。
5) 变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。
6) 对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。
变频器控制原理图设计： 1) 首先确认变频器的安装环境； i. 工作温度。
变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为0～55℃，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40℃以下。
在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。
ii. 环境温度。
温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。
必要时，必须在箱中增加干燥剂和加热器。
在水处理间，一般水汽都比较重，如果温度变化大的话，这个问题会比较突出。
iii.腐蚀性气体。
使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能。
iv. 振动和冲击。
装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。
淮安热电就出现这样的问题。
这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。
设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。
v. 电磁波干扰。
变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。
因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。
所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。
如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。
2) 变频器和电机的距离确定电缆和布线方法； i. 变频器和电机的距离应该尽量的短。
这样减小了电缆的对地电容，减少干扰的发射源。
ii. 控制电缆选用屏蔽电缆，动力电缆选用屏蔽电缆或者从变频器到电机全部用穿线管屏蔽。
iii.电机电缆应独立于其它电缆走线，其最小距离为５００ｍｍ。
同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，这样才能减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。
如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按９０度角交叉。
与变频器有关的模拟量信号线与主回路线分开走线，即使在控制柜中也要如此。
iv. 与变频器有关的模拟信号线最好选用屏蔽双绞线，动力电缆选用屏蔽的三芯电缆（其规格要比普通电机的电缆大档）或遵从变频器的用户手册。
3) 变频器控制原理图； i. 主回路：电抗器的作用是防止变频器产生的高次谐波通过电源的输入回路返回到电网从而影响其他的受电设备，需要根据变频器的容量大小来决定是否需要加电抗器；滤波器是安装在变频器的输出端，减少变频器输出的高次谐波，当变频器到电机的距离较远时，应该安装滤波器。
虽然变频器本身有各种保护功能，但缺相保护却并不完美，断路器在主回路中起到过载，缺相等保护，选型时可按照变频器的容量进行选择。
可以用变频器本身的过载保护代替热继电器。
ii. 控制回路：具有工频变频的手动切换，以便在变频出现故障时可以手动切工频运行，因输出端不能加电压，固工频和变频要有互锁。
4) 变频器的接地； 变频器正确接地是提高系统稳定性，抑制噪声能力的重要手段。
变频器的接地端子的接地电阻越小越好，接地导线的截面不小于4mm，长度不超过5m。
变频器的接地应和动力设备的接地点分开，不能共地。
信号线的屏蔽层一端接到变频器的接地端，另一端浮空。
变频器与控制柜之间电气相通。
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