首页理论教育变频器功能特点：优化电机效率的重要工具

变频器功能特点：优化电机效率的重要工具

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：图11-27 变频器的功能原理图综合来说，变频器是一种集起停控制、变频调速、显示及按键设置功能、保护功能等于一体的电动机控制装置。图11-29 三菱FR-A700通用型变频器的加/减速方式相关资料在变频器中经常使用的制动方式有两种，即直流制动、外接制动电阻制动和制动单元功能，用来满足不同用户的需要。

变频器的作用是改变电动机驱动电流的频率和幅值，进而改变其旋转磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化，用变频器与交流笼型感应电动机的组合，替代了大部分原先只能用直流电动机完成的工作，缩小了体积，降低了故障发生的几率，使传动技术发展到新阶段。

图解演示

由于变频器既可以改变输出的电压又可以改变频率（即可改变电动机的转速），可实现对电动机的起动及对转速进行控制，图11-27所示为变频器的功能原理图。

图11-27 变频器的功能原理图

综合来说，变频器是一种集起停控制、变频调速、显示及按键设置功能、保护功能等于一体的电动机控制装置。

1.软起动功能

图解演示

变频器基本上都包含了最基本的起动功能，可实现被控负载电动机的起动电流从零开始，最大值也不超过额定电流的150%，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，图11-28所示为电动机在硬起动、变频器起动两种起动方式中其起动电流、转速上升状态的比较。

2.可受控的加/减速功能

在使用变频器对电动机进行控制时，变频器输出的频率和电压可从低频低压加速至额定的频率和额定的电压，或从额定的频率和额定的电压减速至低频低压，而加/减时的快慢可以由用户选择加/减速方式进行设定，即改变上升或下降频率，其基本原则是，在电动机的起动电流允许的条件下，尽可能缩短加/减速时间。

图11-28 电动机硬起动和变频器软起动的比较

图解演示

例如，三菱FR-A700通用型变频器的加/减速方式有直线升降速、S曲线加/减速A、S曲线加/减速B和暂停加/减速4种，如图11-29所示。

3.可受控的停车及制动功能

在变频器控制中，停车及制动方式可以受控，且一般变频器都具有多种停车方式及制动方式进行设定或选择，如减速停车、自由停车、减速停车+制动等，该功能可减少对机械部件和电动机的冲击，从而使整个系统更加可靠。

图11-29 三菱FR-A700通用型变频器的加/减速方式

相关资料

在变频器中经常使用的制动方式有两种，即直流制动、外接制动电阻制动和制动单元功能，用来满足不同用户的需要。

•直流制动功能

变频器的直流制动功能是指当电动机的工作频率下降到一定的范围时，变频器向电动机的绕组间接入直流电压，从而使电动机迅速停止转动。在直流制动功能中，用户需对变频器的直流制动电压、直流制动时间以及直流制动起始频率等参数进行设置。

•外接制动电阻和制动单元

当变频器输出频率下降过快时，电动机将产生回馈制动电流，使直流电压上升，可能会损坏变频器。此时为回馈电路中加入制动电阻和制动单元，将直流回路中的能量消耗掉，以便保护变频器并实现制动。

4.变频器具有突出的变频调速功能

变频器的变频调速功能是其最基本的功能。在传统电动机控制系统中，电动机直接由工频电源（50Hz）供电，其供电电源的频率f₁是恒定不变的，因此其转速也是恒定的；而在电动机的变频控制系统中，电动机的调速控制是通过改变变频器的输出频率实现的，通过改变变频器的输出频率即可很容易实现电动机工作在不同电源频率下，从而可自动完成电动机的调速控制。

图解演示

图11-30所示为上述两种电动机控制系统中电动机调速控制的比较。

5.变频器具有监控和故障诊断功能

变频器前面板上一般都设有显示屏、状态指示灯及操作按键，可用于对变频器各项参数进行设定以及对设定值、运行状态等进行监控显示。

大多变频器内部设有故障诊断功能，该功能可对系统构成、硬件状态、指令的正确性等进行诊断，当发现异常时，会控制报警系统发出报警提示声，同时在显示屏上显示错误信息，当故障严重时则会发出控制指令停止运行，从而提高变频器控制系统的安全性。

图11-30 传统电动机控制系统与变频控制系统的比较

6.变频器具有安全保护功能

变频器内部设有保护电路，可实现对其自身及负载电动机的各种异常保护功能，其中主要包括过热（过载）保护和防失速保护。

（1）过热（过载）保护功能

变频器的过热（过载）保护即过电流保护或过热保护。在所有的变频器中都配置了电子热保护功能或采用热继电器进行保护。过热（过载）保护功能是通过监测负载电动机及变频器本身温度，当变频器所控制的负载惯性过大或因负载过大引起电动机堵转时，其输出电流超过额定值或交流电动机过热时，保护电路动作，使电动机停转，防止变频器及负载电动机损坏。

（2）防失速保护

失速是指当给定的加速时间过短，电动机加速变化远远跟不上变频器的输出频率变化时，变频器将出现电流过大而跳闸，运转停止。

为了防止上述失速现象使电动机正常运转，变频器内部设有防失速保护电路，该电路可检出电流的大小进行频率控制。当加速电流过大时适当放慢加速速率，减速电流过大时也适当放慢减速速率，以防出现失速情况。

另外，变频器内的保护电路可在运行中实现过电流短路保护、过电压保护、冷却风扇过热和瞬时停电保护等，当检测到异常状态后可控制内部电路停机保护。

7.变频器具有与其他设备的通信功能

图解演示

为了便于通信以及人机交互，变频器上通常设有不同的通信接口，可用于与PLC自动控制系统以及远程操作器、通信模块、电脑等进行通信连接，如图11-31所示。

图11-31 变频器的通信功能

8.变频器的其他功能

变频器作为一种新型的电动机控制装置，除上述功能特点外，还具有运转精度高、功率因数可控等特点。

无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低会导致电网有功功率的降低，使大量的无功电能消耗在线路当中，使设备的效率低下，能源浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部设置了功率因数补偿电路（滤波电容的作用），从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。