变频器原理及应用研究

变频器原理及应用研究

史军瑞

大港油田第五采油厂生产保障中心 天津市 300280

摘要：随着科学技术的不断进步，计算机技术、电子技术、软件的产生也得到了较迅速的发展。变频器的产生，节约了能源，保障了电气设备的正常运行。我国的变频器主要用在交流电动机中，使其在调速方面时刻处于最佳状态，从而使交流电动机提高工作效率，使企业达到经济效益最大化。本文通过对变频器的工作原理，变频器的节能原理和变频器节能的应用三方面进行分析，

关键词：变频器；工作原理；节能原理；应用

1、变频器各电路作用及其原理

　　1.1主电路

　　将电网提供的380V或220V的交流电通过整流电路的单向转变或者三相转变，将交流电变换成为脉动直流电源（通过采用不可控器件的电力二极管，因为它具有外加的正向电压，当电压超过了使管子导通的电压。即克服PN结内电场后管子随后开始导通。反向截止的特性，将取交流电的一半周期的数值），然后进入滤波电路再进行制动，送入逆变电路，在驱动电路送来的脉冲信号作用下将直流电逆变为人为设置所需要的具有一定频率的交流电输出给电动机，驱使电动机运行。

　　1.2控制电路

　　在开关电源提供直流电以及人为操作开机启动信号的作用下，单片机中产生一定频率的脉冲信号送入驱动电路，进行脉冲信号的电压和电流驱动放大去控制逆变器工作，于是逆变器把直流电压逆变成一定频率的交流电压送至电动机，再由逆变电路输出端选取一部分电压作为反馈电压CPU电路，检测输出电压的状态，自动改变输出电压。由逆变器前端取出一部分电流反馈CPU作为电流检测，同时CPU还输出各电路控制信号。在操作面板相应的功能键时经过信号传送电路给CPU，然后CPU转换为命令，去控制相对应的电路工作，同时通过显示电路将变频器这个时候的各个工作状态经过显示器来反映出来。

　　1.3整流电路

　　整流电路在变频器中的作用无论是其三相转变还是单向转变都采用的是电力二极管的正向电流通过，施加反向电压的时候不导通的特性。取交流电的一个一个半周期，就是取交流电源的一个方向的电压。如果是三相整流电路一般是采用六只整流二极管，每两只整流一相交流电，三相一共六只三对整流管。我们一般将三相交流电分别接在每两只整流管的串联中间，然后组成六只桥式整流，输出交流电的正与负两极。将三相380V交流电转变成脉动直流电。如果是单向整流电路一般由单只或者两只二极管组成的整流电路，用单只二极管可以对交流电的半个周期进行整流。因为这样整流后的直流电的脉动电流很大，所以只能用于普通的电子电路供电。用两只二极管作整流，可以对交流电的正负半周都进行整流。这样整流后的直流电很纯近乎不含谐波，以至于可以用在具有芯片的电路中。最好的单波整流电路采用四只二极管的全波整流，这样整流后的直流电脉动成分很少，在微电子电路中经常用到。无论是用多少只，采用的都是二极管正向可以导通以及反向不能导通的导电原理对交流电的两个半周期进行整流的工作。把220V交流电转换成为脉动直流电，然后经过滤波电路出去直流电中的交流成分，并且给逆变器以及二次开关电源进行供电。

　　1.4制动电路

　　采用制动电路的原因是为了防止再生电压升高损坏电路，当电机减速时，制动回路开始放电电容器两端的电压，以提高减速的制动速度。在调整减速时，由于惯性的作用，电动机的转速不会立即下降。此时，电机转子会产生剩余的旋转磁场，使电机再次发电，产生电动势。滤波电容器通过逆变电路反向充电，使电容器电压过高，损坏电路。因此，为了使直流电压保持在允许的范围内，直流电路必须消耗电动势。当电机处于发电状态时，能量反馈到变频器，使变频器中直流母线的电压值升高。当总线电压超过一定限度时，CPU板将输出信号使制动模块导电，并有电流流过制动电阻。当电流流动时，电能转化为热能，从而降低直流母线的电压。当CPU板检测到总线电压低到一定值时，它输出一个停止信号，制动模块关闭，制动过程暂停。注意，由于制动电阻散热量大，如果产品有制动电阻，最好将制动电阻与变频器分开。

2、变频器的节能原理
  其实，我们都知道变频器是无法达到节能的目的，它不过是节能系统中的一员，但是，我们可以利用变频技术调控电机的精确度来达到目的，例如，对其的高精度和高特性进行调控。对于变频器的节能方面，可以通过控制电动机的转速来避免电能的浪费，从而提高企业的生产效率。不同的节能原理对应着不同的节能方式，变频器技术可分为软启动和变频两种节能方式，电动机启动方式一般采用直接启动方式或者全压启动方式，这样就会使电流高于额定电流三到六倍，让电流有较大的损耗，冲击了电动机设备以及供电电网，使阀门和挡板受到冲击而损坏，同时也使电动机的使用寿命年限缩短。为了避免此类情况的发生，可以运用软启动节能方式，使启动电流从零开始逐渐上升，并使其上升到最大值也一定不会超过额定电流，从而达到节能的要求。在实际生产中使用变频节能技术，改善了设备容量使用不恰当而造成能量浪费的情况。由物理知识我们可知，流量与压力成反比，流量与功率成正比，这样我们可以得出流速与流量、压力和功率都成正比，因此当压力不变时，将转速调节下降，则输出功率也随之下降，导致电动机损耗功率相应下降，利用这种方式就可达到节能的目的。变频器内部可以进行滤波电容的作用，当无功的功率让设备变得发热，电线的磨损程度加重，功率因素降低导致电网的有功功率下降时，就导致了许多没有功率的电能在线路中不断被消耗，使设备的使用效率下降，这时，变频器的使用会使没有功率的损耗程度降低，使有功功率进一步增加。

3、变频器节能的应用
  由于变频器具有节能减排的作用，近年来，我国在大范围进行了推广与应用，它在社会中逐渐扮演了越来越重要的作用。在我国，变频器主要应用在风机和泵类的机械设备上，应用在这有利于生产可以安全、高效的进行。在实际实施过程中，我们发现变频器节能技术是设备变频调速控制技术中最合理经济的一种。在此同时，对于交流异步电动机，自从变频技术被整合进变频系统中后，就在我国的数控机床、传递带给料系统的启动源方面得以大范围应用。随着科技的进步，人们生活水平的不断提高，使变频技术渐渐影响着我们的生活，并且由于变频技术也在随着时代的进步在不断的改革与创新当中，使其在生产方面也得到了大范围的推广。像煤炭这种类型的传统高耗企业，变频器应用到其中，对节能方面也起到了重要的作用。同时，也使生产中运用的机械设备自动化程度得到提高，推动了生产效率的加快和煤炭的质量。当运用到通风一项时，可使空气更加流通，从而保障了煤矿中矿工和生产的安全。变频器具有调速快，稳定性好，效率高等性能，已广泛应用于设备控制等领域。

结语：高压变频器改变电压的同时还能改变频率，使得风机根据电流大小平滑起步，转速随时间不断增加。此外，高频变压器能够控制风机的转速，提高设备的耐磨性。变压变频器的价格较为昂贵，企业需要规范技术人员的操作手法，配备相应的保护装置保障高压变频器的稳定运行，技术人员要在使用高压变频器的过程中及时检查线路，定期清扫机器上的灰尘，掌握基本的变频器故障的处理方式，提高变频器的使用效率。
参考文献：

[1]蔡应祥.高压变频器的工作原理和常见故障分析[J].云南电力技术,2019,47(02):43-46.

[2]王兆安，刘进军.电力电子技术.第5版.机械工业出版社，2019.

[3]毕兴会.变频器常见故障及维护[J].商业故事,2016(28):48.

[4]]张燕宾.变频器应用教程，第2版.机械工业出版社，2019