第4章 选择变频器的基本技能与方法

4.1 变频器选择有关的基本知识

4.1.1 变频器的V/F控制方面基本知识

1.V/F控制原理

变频器的V/F控制就是通过调整变频器输出侧电压的频率比，使电动机调速过程中的机械特性发生改变的一种控制方式。

2.选择变频器合适的U/ƒ比

由此可见，变频器在电动机低频运行时，既要降低其输出的电压，又要保证电动机能够输出足够的转矩来拖动负载。要实现这一功能，就必须根据各种不同情况的负载特性，选择变频器合适的U/ƒ比，来满足驱动负载的要求。

3.采用V/F控制方式时，对变频器的基本要求。

（1）异步电动机工作特点

异步电动机在负载转矩不变的情况下，如果频率降低使电动机转速下降时，也会导致输出功率下降；但电动机的输入功率和频率之间没有直接联系，也就是电动机的输入功率不会因频率降低而自动下降。因此，频率下降时会引起输入功率和输出功率之间严重失衡→传递能量的电磁功率与磁通相对大幅增加→电动机的磁路严重饱和→电动机励磁电流的波形出现严重畸变→产生很大的尖峰电流。

（2）对变频器的要求

因此，如果要使电动机能够维持正常的工作，对变频器的要求是必须在降低频率的同时，相应也要同时降低其输出的电压，只有这样，才可以保持输入功率和输出功率之间的平衡。

4.1.2 选择变频器时，确定变频器损耗的方法

1.变频器的损耗

由以上公式可以看出，变频器的效率取决于变频器内的损耗。而变频器的损耗主要出在逆变、整流和控制电路，逆变部分约占变频器总损耗的50%，整流部分约占变频器总损耗的40%，而控制部分仅占约10%。

在上述各种损耗中，逆变电路与整流电路的损耗量会随负载电流的不同而发生变化。其他损耗和负载电流的变化无关，是一定值。

2.需要说明的问题

以控制电路为主体的损耗不受变频器容量所左右，故小容量的变频器效率要比大容量变频器的低。变频器电路中各部分电路的损耗所占整个损耗的比例如图4-1中所示。

4.1.3 变频器的无功功率和功率因数

变频器的输入侧功率因数一般较低，但和工频电动机工作时的低功率因数有着本质的区别。

1.工频电动机的功率因数

由于电动机为感性负载，运行电流的相位滞后于电压，故其功率因数的大小，主要取决于电流和电压之间的相位关系，如图4-2所示。

2.变频系统的功率因数

由变频器构成的变频调速系统功率的大小，主要是由其电路结构确定的。变频器一般采用“交流→直流→交流”工作方式，如图4-3（a）所示，也就是三相交流电经三相整流桥与滤波电容器转换为直流→由控制电路与逆变电路再将该直流电压转换为频率可调的交流电。

根据三相整流桥与滤波电容器组成的整流电路的特性，只有在交流电源的瞬时值大于直流电压UD时，如图4-3（b）所示，整流二极管才会导通，整流桥中才会产生充电电流。由此可见，充电电流始终出现在电源峰值附近有限的时间内，呈不连续的脉冲波形，这种非正弦波具有较强的高次谐波成分。高次谐波的瞬间功率的一部分为“+”，另一部分为“-”，属于无功功率。该无功功率使变频调速系统的功率因数一般较低，在0.7～0.75之间。

4.1.4 在选择变频器时确定变频器额定运转时的损耗与发热量的方法

1.损耗与发热量之间的关系

在选择变频器时，往往要考虑变频器额定运转时的损耗与其发热量，以便于确定散热系统的散热量。表4-1中列出了典型变频器（以JP6C—T系列变频器为例）额定运转时的损耗与发热量之间的关系。

表4-1 典型变频器额定运转时的损耗与发热量之间的关系

2.需要说明的问题

上表给出的发热量数据，仅为额定运转时，变频器本身产生并散发出的发热量，不含变频器周围电路器件（例如接触器、开关、继电器、配线等）的发热量。因此，如果变频器回路较复杂、附件数量很大时，对这些部位散发出来的热量就应该进行充分的考虑。