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      變頻器的工作原理是什么?

      時間:2021-10-26 11:16:13 來源: 點擊:

      變頻器,顧名思義,就是可以改變頻率的器件,它是一個頻率和電壓能調整輸出的交流電源而已,主要用來給異步電機進行調速使用。在變頻器沒有出現以前,異步電機調速是非常麻煩的,因為轉速和轉矩不是一條直線,比如通過滑差頭來調速,或者簡單的降壓調速等等,效果都不理想。根據三相異步電機的轉速公式,轉速n=60*f/p(1-s),其中p是極對數,s是轉差率,f是電源的頻率,只要能輸出一個頻率可控的交流電源,三相異步電機的轉速就可以順利改變,這個就是變頻器工作原理的根本。
       
      但是發電廠供應的三相交流電源,是相差120&deg;的正弦波,頻率都是50HZ的,在電力電子器件被發明以前,相改變這個電源頻率,幾乎是不可能完成的事情,所以交流電機發明了幾乎接近100年都沒有良好的調速裝置。
       
      后來晶閘管,GTR管,IGBT管等大功率器件在上個世紀末相應被發明了,還有單片機嵌入式技術日益成熟,人們找到了異步電機調速的基本方法。那就是先把三相交流電壓,經過二極管或者可控硅來整流成為波動的直流電,再利用電容來濾波和穩壓,變成穩定的直流電,利用6個IGBT管來組成逆變回路,單片機通過PWM斬波的方法,輸出一系列可變脈寬的方波,用來模擬出可變頻率的交流電的等效效果,達到控制電機轉速的目的。
       
      可以想象一下,任何曲線都能用很多條直線段來分段模擬鏈接,模擬用的直線段越多,曲線就可以被描述得越精確,這個實際是數學上的微積分的理念了。
       
      正弦波雖然看起來很復雜,但是同樣可以用很多個方波來模擬等效它,如果輸出等幅值而寬度可變的方波,而且方波的面積和對應的正弦波面積相等,它的作用會等同于正弦波的工作效果,通過控制工作周期就可以改變輸出電源的頻率,這種就是所謂的PWM控制了,因為IGBT這些開關管可以實現非常高速的開關功能,比如有幾十K的頻率,這樣輸出的方波足夠多,模擬出來的正弦波效果就比較好。
       
      但是電機光改變頻率還不夠的,電壓也要跟著調整,否則可能會讓電機工作不正常,比如嚴重發熱而燒毀等。主要是因為電機的鐵芯是非線性的,要求在電源頻率改變的時候,電壓也要改變,這樣才可以控制主磁通恒定不變。
       
      因為:主磁通&asymp;電機電壓&divide;(4.44*頻率*電子繞組匝數)
       
      因此要在調頻的時候,讓電機電壓也跟著頻率的變化而變化,這樣主磁通就可以保持不變了,避免磁通飽和或者工作在弱磁狀態。
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