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談談矢量變頻器的分類與工作原理
交流變頻調速技術發展概況縱觀電力傳動的發展過程，交、直流兩種傳動方式共存于各個生產領域，由于直流調速系統的性能指標優于交流調速系統，因此直流調速系統一直在調速領域內居首位。但由于直流電動機具有機械整流器和電刷，因而存在著維護保養工作量大、電動機安裝環境受到限制和難以向大容量、高轉速及高電壓方向發展等缺點。隨著電子技術和自動控制技術的迅速發展以及各種高性能電力電子元器件產品的出現，歷來阻礙交流調速技術發展的一些因素相繼被克服，原直流調速系統領先的一些技術性能，交流調速系統都能與直流調速系統相媲美。因此，交流調速在電氣傳動領域中越來越占有重要的地位，它已成為機電一體化的電氣傳動技術。
[關鍵詞] 變頻器,矢量變頻器,通用變頻器,變頻調速器
一、矢量變頻器的分類
可分為交-交變頻器，即將工頻交流直接變換成頻率電壓可調的交流，又稱直接式變頻器；交-直-交變頻器，則是先把工頻交流通過整流器變成直流，然后再把直流變換成頻率電壓可調的交流，又稱間接式變頻器，目前廣泛采用交-直-交變頻器。
二、矢量變頻器的原理和實現算法變壓變頻的基本原理
根據電機學原理，異步電動機的轉速為：n=60 f（1-s）/ p，在改變供電電源頻率時，電機的同步轉速也相應的改變。當電機在負載條件下運行時，電機轉速低于電機的同步轉速，兩者的差值就是轉差，轉差的大小與電機的負載有關。
電機定子每相感應電動勢的有效值為：Es=4.44fsNksΦm。
由異步電機T型等效電路圖1-1可知異步電機端電壓與感應電動勢的關系式為： U1=E1+I1R1 其中，R1，I1分別為定子繞組阻抗及其流過的電流。在電機控制過程中，使每級磁通中Φm保持為額定值不變是關鍵的一環。磁通太弱，沒有充分利用電機的鐵芯，是一種浪費；若增大磁通，又會使鐵芯飽和，從而導致過大的勵磁電流，嚴重時會因繞組過熱而損壞電機。在交流異步電機中，磁通Φm是定子和轉子磁動勢合成產生的，因此由式Es=4.44fsNksΦm 可知，只要同時協調控制Es和fs，就可以達到控制Φm并使之恒定的目的。對此，需要考慮額定頻率以下和額定頻率以上兩種情況。
1.額定頻率以下的調速，要保持Φm不變，當頻率fs從額定值介向下調節時，必須同時降低Es，使：Φm=常數即采用恒電動勢頻率比的控制方式。然而，繞組中的感應電動勢是難以直接控制的，當定子頻率fs較高時感應電動勢的值也增大，因此可以忽略定子阻抗壓降，認為定子相電壓Us= Es則得：Φm=K Us/fs=常數，這就是恒壓頻比（（V/F）的控制方式。低頻時，Es和Us都較小，定子阻抗壓降所占的比率就比較顯著，不能再忽略，這時可以人為的對定子阻抗壓降進行補償，適當的提高逆變器的輸出電壓。
2.額定頻率以上的調速： 在額定頻率以上調速時，頻率可以從額定值fsn往上提高，但是端電壓Us不能繼續上升，只能維持在額定值Usn，這將迫使磁通與頻率成反比的下降，相當于直流電機的弱磁升速的情況。在整個電機調速范圍內，異步電機的控制特性如圖1-2所示。如果電機在不同轉速下都具有額定電流，則電機都能在溫升允許的條件下長期運行。這時電機轉矩基本上隨磁通變化，因此在額定頻率以下為恒轉矩調速，在額定頻率以上為恒功率調速。
三、矢量變頻器系統的硬件實現
主要由整流器、濾波環節、逆變器、檢測環節和控制回路組成。系統主電路采用交-直-交電壓型變頻器結構，采用SPWM變頻技術。
四、變頻器的主電路
矢量變頻器是將工頻交流電變為頻率和電壓可調的三相交流電的電器設備，用以驅動交流異步（同步）電動機進行變頻調速，不但能滿足不同生產工藝需要，而且節能效果顯著。
過去傳統的調速方式是晶閘管直流電動機傳動系統，但直流電動機本身存在一些固有的缺點：直流電動機造價高、維護量大；受使用環境制約條件多；最高速度和容量都有一定限制等。而交流調速系統具有結構簡單、成本低廉、節能、高精度和響應快速等突出優點。
異步電動機其轉速為：，從上式可以看出，改變極對數p、轉差率s和調節電源頻率f都可以調速。對于同步電動機，運行中改變極對數p會引起失步，對于異步電動機，改變極對數p是有級調速，改變轉差率s大部分是耗能調速，唯有改變頻率調速是交流電動機較為理想的調速方式。但是只改變頻率并不能使電動機得到經濟可靠的運行，原因是異步電動機是鐵磁結構。對于任何鐵磁結構的設備，只有使它的磁通保持為額定磁通，才可使鐵磁材料得到充分利用。對于異步電動機，有如下的關系式：U≈E =4.44fNKWφ。
式中，U ：定子電壓；E ：定子電動勢；f ：定子頻率；N ：定子每相繞組的匝數；KW：繞組系數；φ：每極氣隙磁通。在變頻調速時，為了得到所需的電磁轉矩，使電動機的鐵磁材料得到充分利用，則應盡可能地使氣隙磁通恒定為額定磁通。由U≈E =4.44fNKWφ式可知，為保持氣隙磁通φ近似不變，在調節定子頻率f時則必須同時改變定子電壓U，即U/f =常數。為此，用于交流電動機變頻調速的變頻器實際上都是變壓變頻器，即VVVF。由于電機的電壓不能超過額定電壓，因此，在基頻以上調頻時，電壓U只能保持在額定電壓，當電壓U一定時，電機的氣隙磁通φ隨著頻率f的升高成比例下降，類似直流電機的弱磁調速，因此，基頻以上的調速屬恒功率調速。
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此文由上海碩吉電器有限公司發布，上海碩吉電器專業制造矢量變頻器,軟啟動器,電動機保護器,多功能儀表,等智能化、節能環保系列產品。 官方網站：http://www.aqhongyun.com.cn。
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