变频器原理、交流接触器结构与工作原理.docx

变频器原理一、基础知识1、概述 各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均2 00V/60HZ （50Hz）或100V/60Hz （50Hz），等等通常，把电压和频率固定 不变的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）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）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？r/min电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm.例如：4极电机 60Hz 1,800 [r/min]，4极电机50Hz 1,500 [r/min]，电机的旋转速度同频率成 比例。

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 的极数和频率由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的由于该极数值 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 n= 60f/p， n: 同步速度， f: 电源频率 ， p: 电机极数，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 200V 改变到约 100V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：发热量的近似值二变频器容量（KW）x55[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% x 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（K W）x60 [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，不能谁替代谁二、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3. 矢量控制是怎样使电机具有大的转矩的？ 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三、变频器制动的情况 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源侧的方 法叫做"功率返回再生方法"在实际中，这种应用需要"能量回馈单元"选件。

四、怎样提高制动能力？ 为了用散热来消耗再生功率，需要在变频器侧安装制动电阻为了改善制动 能力，不能期望靠增加变频器的容量来解决问题请选用"制动电阻"、"制动单元 "或"功率再生变换器"等选件来改善变频器的制动容量当电机的旋转速度改变时，其输出转矩会怎样？我们经常听到下面的说法："电机在工频电源供电时（*2）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（*3））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 60Hz 频率时，电机的输出转矩将降低通常的电机是按 5 0Hz（60Hz）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 50Hz 频率时，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60Hz频率速度运行时，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，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）参考:*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"（*1）2:工频电源由电网提供的动力电源（商用电源）*3:起动电流当电机开始运转时，变频器的输出电流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交流接触器结构与工作原理（一）如图l所示为交流接触器的外形与结构示意图。

交流接触器由以下四部分组成:图1 CJ10-20型交流接触器圈1 CJ10-20型交流接融器1 一灭弧罩2一触点压力弹簧片3一主触点4一反作用弹簧5 一线圈6一短 路环7 一静铁心8 一弹簧9 一动铁心10 一辅助常开触点11 一辅助常闭触点（1）电磁机构 电磁机构由线圈、动铁心（衔铁）和静铁心组成，其作用是将电磁能转换 成机械能，产生电磁吸力带动触点动作2）触点系统 包括主触点和辅助触点主触点用于通断主电路，通常为三对常开触点 辅助触点用于控制电路，起电气联锁作用，故又称联锁触点，一般常开、常闭各两对3）灭弧装置 容量在 10A 以上的接触器都有灭弧装置，对于小容量的接触器，常采用双 断口触点灭弧、电动力灭弧、相间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧对于大容量的接触器，采用 纵缝灭弧罩及栅片灭弧4）其他部件 包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构及外壳等 电磁式接触器的工作原理如下：线圈通电后，在铁芯中产生磁通及电磁吸力此电磁吸力克 服弹簧反力使得衔铁吸合，带动触点机构动作，常闭触点打开，常开触点闭合，互锁或接通 线路线圈失电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触点 机构复位，断开线路或解除互锁。

二）直流接触器 直流接触器的结构和工作原理基本上与交流接触器相同在结构上也是由电磁机构、触 点系统和灭弧装置等部分组成由于直流电弧比交流电弧难以熄灭，直流接触器常采用磁吹 式灭弧装置灭弧交流接触器的分类及基本参数1．交流接触器的分类交流接触器的种类很多，其分类方法也不尽相同按照一般的分类方法，大致有以下几种① 按主触点极数分 可分为单极、双极、三极、四极和五极接触器单极接触器主要用于 单相负荷，如照明负荷、焊机等，在电动机能耗制动中也可采用；双极接触器用于绕线式异 步电机的转子回路中，起动时用于短接起动绕组；三极接触器用于三相负荷，例如在电动机 的控制及其它场合，使用最为广泛；四极接触器主要用于三相四线制的照明线路，也可用来 控制双回路电动机负载；五极交流接触器用来组成自耦补偿起动器或控制双笼型电动机，以 变换绕组接法② 按灭弧介质分 可分为空气式接触器、真空式接触器等依靠空气绝缘的接触器用于一 般负载，而采用真空绝缘的接触器常用在煤矿、石油、化工企业及电压在660V和1140V 等一些特殊的场合③ 按有无触点分 可分为有触点接触器和无触点接触器常见的接触器多为有触点接触器， 而无触点接触器属于电子技术应用的产物，一般采用晶闸管作为回路的通断元件。

由于可控 硅导通时所需的触发电压很小，而且回路通断时无火花产生，因而可。