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　　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”。 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

　　1.变频器基础 1: VVVF 是 Variable Voltage and Variable Frequency 的缩写，意为改变电压和改变 频率，也就是人们所说的变压变频。 2: CVCF 是 Constant Voltage and Constant Frequency 的缩写，意为恒电压、恒频 率，也就是人们所说的恒压恒频。 我们使用的电源分为交流电源和直流电源， 一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变 压，整流滤波后得到的。交流电源在人们使用电源中占总使用电源的 95％左右。 无论是用于家庭还是用于工厂， 单相交流电源和三相交流电源， 其电压和频率均按各国的规 定有一定的标准， 如我国大陆规定， 直接用户单相交流电为 220V， 三相交流电线Hz ， 其 它 国 家 的 电 源 电 压 和 频 率 可 能 于 我 国 的 电 压 和 频 率 不 同 ， 如 有 单 相 100V/60Hz，三相 200V/60Hz 等等，标准的电压和频率的交流供电电源叫工频交流电。 通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变 频器”。 为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC） ，这个过程 叫整流。 把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。 一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。 对于逆变为频率可 调、电压可调的逆变器我们称为变频器。 变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。 对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器，要对波形进行整 理，可以输出标准的正弦波，叫变频电源。一般变频电源是变频器价格的 15－－20 倍。 由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”， 故该产品本身就被命名 为“inverter”，即：变频器。 变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中，不仅有电机（例如空调等） ，还有荧 光灯等产品。 用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用 于调节电源供电的频率。 汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。

　　1 主流器件 中压变频技术发展至今， 其主回路拓扑结构随电力电子器件的创新开发而不断发展， 早期的 SCR 器件,也随着电力电子器件的不断创新在中压变频领域有逐步被淘汰的趋势。 GTO 具 而 有高电压、大电流的发展潜力，但驱动电路复杂，影响可靠性，另外 G K 所在的 J3 结是 特性很软，耐压很低的 P N 结，若 GTO 未处于导通状态就连续对 J3 结施加强的负门极 脉冲,这是很危险的， 因此， 在应用中 GTO 状态识别和逻辑保护是十分重要的。 用内部 MOS

　　结构关断的 GTO，因工艺复杂，目前尚未能实现大功率化，而为实现可关断 MOS 结构的 GTO， 开发研制出把 MOS 结构置于 GTO 外面来协助关断的 IGCT。 IGCT 适用于大电流 （1kA 以上） 低频率 、 （1kHz 以下） 的应用， 由于从研制生产到应用的一系列技术受到专利的保护， 在推广应用和器件竞争中未能完全取代 GTO。IGBT 作为第三代电力电子器件，因其工作电 压较低， 在多电平级联式变频装置中有其广阔的发展前景。 其作为主回路器件的中压变频装 置，具有改善输出电流波形，减少谐波对电网的污染及减少系统和电动机的电应力。IEGT 是最为崭新的电力电子器件， 吸取了 IGBT 和 GTO 两者的优点， “注入增强栅晶体管” 叫做 ， 它是在沟槽型 IGBT 基础上，把部分沟道同 P 区相联使发射极区注入增强，使得 IEGT 具有 高电压、大电流和高的工作频率，更适合在高电压、大功率、高频率的变频装置中应用。 目前，应用在中压大功率变频领域的电力电子器件，已形成 GTO、IGCT、IGBT、IEGT 相 互竞争不断创新的技术市场，在大功率（1MW） 、低频率（1kHz）的传动领域，如电力牵引 机车领域 GTO、IGCT 有着独特的优势，而在高载波频率、高斩波频率下，IGBT、IEGT 有 着广阔的发展前景， 在现阶段的中压大功率变频领域， 将由这 4 种电力电子器件构成其主流 器件。 2 主流结构 目前， 中压大功率变频器的主流结构为中－中方式及其派生的形式， 中－中大功率变频器按 其中间直流环节的储能元件的不同，可分为电压源型和电流源型。 2.1 电压源型中－中变频器 电压源型中－中变频器由整流器和逆变器两部分组成， 在逆变器的直流侧并有大电容器， 用 来缓冲无功功率。当输出电压高于普通 PWM 电压源型变频器时，采用 3 电平 PWM 方式， 可以避免器件串联的动态均压问题，同时降低输出谐波和 du/dt。 电平 PWM 方式整流电路 3 采用二极管，逆变部分的功率器件采用 GTO、IGBT 或 IGCT。每个桥臂虽由 4 个功率器件 串联， 但是不存在同时导通和关断以及由此引起的动态均压问题。 由于输出相电压电平数增 加到 3 个，每个电平的幅值下降，且提高了谐波消除算法的自由度，可使输出波形比 2 电平 PWM 变频器有较大的提高，输出 du/dt 也有所减少。若输入也采用对称的 PWM 结构，可 以做到系统功率因数可调，输入谐波也很低，且可 4 象限运行。为了减少输出谐波和转矩脉 动，希望有较高的开关频率，但这又会导致变频器损耗增加，效率下降。3 电平变频器输出 若不设滤波器，一般需要特殊电动机，若使用普通电动机应降额应用。 2.2 电流源型中－中变频器 电流源型变频器的最大优点是， 电能可以回馈到电网， 构成的交流调速系统可实现 4 象限运 行。由于输入侧采用桥式晶闸管整流电路，输入电流的谐波含量较大，功率因数低，且随着 系统转速的下降而降低，另外，电流源型变频器还会产生较大的共模电压，若不采用输入变 压器，其共模电压会影响电动机的绝缘，装置的输出电流谐波也较高，会引起电动机的额外 发热和转矩脉动，从而影响系统的动态指标。由于驱动功率、均压电路等固定损耗较大，系 统效率会随着负载的降低而下降。采用 GTO 作为逆变部分的功率器件，可以通过 PWM 开 关模式来实现消除谐波电流，但系统受到 GTO 开关频率上限的限制，一般控制在几百赫兹 左右，若整流电路采用 GTO 作电流的 PWM 控制，可以得到较低的输入电流谐波和较高的

　　变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器 用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。 2. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？ n = 60f/p(1-s) 的转差率 电机的转速 = 60(秒)＊频率（Hz)/电机的磁极对数 - 电机的转差率 电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，rpm/min 也可表示为 rpm 电机的旋转速度同频率成比例 同步电机的转差矩为 0,同步电机的转速 = 60(秒)*频率 (Hz)／电机的磁极对数 异步的转速比同步电机的转速低。 例如：4 极三相步电机 60Hz 时 低于 1,800 [r/min] 4 极三相异步电机 50Hz 时低于 1,500 [r/min] 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对数和频率。 由电机的工作原理决定电机的磁极对数是固定不变的。由于电机的磁极对数 1 个磁极对数 等于 2 极，电机的极数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。 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 400V 改变到约 200V。 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 n: 电机的转速 f: 电源频率 p: 电机磁极对数 s：电机

　　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

　　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时的起动转矩和最大转矩。 我们经常听到下面的说法：“电机在工频电源供电时，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 ） 。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额定频率 20％时，电机的输出转矩将降低 通常的电机是按照额定频率电压设计制造的， 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额定频率 时（如我国的电机大于 50Hz） ，电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。 当电机以大于额定频率 20％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， 额定频率为 50Hz 的电机在 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. (P=Ue*Ie)