西门子变频器工作原理.docx

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1、西门子变频器工作原理西门子变频器也可用于家电产品。使用西门子变频器的家电产品中不仅有机电（例如空调等），还有荧光灯等产品。用于机电控制的西门子变频器，既可以改 变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的西门子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。西门子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，西门子变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源 的瞬间断电。1西门子变频器的工作原理我们知道，交流电动机的同步转速表达式位：n = 60 f （1 s）p （1）式中n异步电动机的转速；f异步

2、电动机的频率；s电动机转差率；P电动机极对数。由式（1）可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的 转速，当频率f在0、50HZ的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。 西门子变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效 率、高性能的调速手段。2西门子变频器控制方式低压通用变频输出电压为380 650V ,输出功率为0. 75 400kW ,工作频 率为0 400Hz ,它的主电路都采用交一直一交电路。其控制方式经历了 以下四代。2. lUf=C的正弦脉宽调制（SPWM ）控制方式 其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足普通传 动

3、的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在 低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大 转矩减小。止匕外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速 性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩 响应慢、机电转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性 能下降，稳定性变差等。因这人们又研究出矢量控制变频调速。2.2 电压空间矢量（SVPWM ）控制方式 它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近机电气隙的理想圆形旋转磁场轨迹 为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。

4、经实 践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算 磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的 精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没 有得到根本改善。2.3 矢量控制（VC ）方式矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、 Ib、Ic、通过三相一二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流IalIbl , 再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Iml、 Itl （ Iml相当于直流电动机的励磁电流；Itl相当于与转矩成正比的电枢电 流），然后摹仿直流电动机的控制

5、方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的 坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动 机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定 子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或者解耦控制。矢量 控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准 确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中 所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。西门子变频器工作原理西门子变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制 动单元驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。

6、1 .机电的旋转速度为什么能够自由地改变？*1: r/min机电旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm.例如：2 极机电 50HZ 3000 r/min4 极机电 50Hz 1500 r/min结论：机电的旋转速度同频率成比例本文中所指的机电为感应式交流机电，在工业中所使用的大部份机电均为此类型 机电。感应式交流机电（以后简称为机电）的旋转速度近似地确决于机电的极数 和频率。由机电的工作原理决定机电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）,所以普通不适和通过改 变该值来调整机电的速度。此外，频率能够在机电的外面调节后再供给机电，这样机

7、电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西门子变频器，是做为机电调速设备的优选设备。n - 60fpn:同步速度f：电源频率P：机电极对数结论：改变频率和电压是最优的机电控制方法如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使机电出于过电压（过励磁），导 致机电可能被烧坏。因此西门子变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。 输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于机电的额 定电压。例如：为了使机电的旋转速度减半，把西门子变频器的输出频率从50Hz改变到 25Hz,这时西门子变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V2.当机电的旋转速度（频率）改变时，其

8、输出转矩会怎样？*1：工频电源由电网提供的动力电源（商用电源）*2:起动电流当机电开始运转时，西门子变频器的输出电流西门子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 驱动机电在工频电源供电时起动和加速冲击很大，而当使用西门子变频器供电时，这 些冲击就要弱一些。工频直接起动会产生一个大的起动起动电流。而当使用西门 子变频器时，西门子变频器的输出电压和频率是逐渐加到机电上的，所以机电起 动电流和冲击要小些。通常，机电产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减小。减小的实际数据在 有的西门子变频器手册中会给出说明。通过使用磁通矢量控制的西门子变频器，将改善机电低速时转矩的不足，甚至在 低速区

9、机电也可输出足够的转矩。3.当西门子变频器调速到大于50Hz频率时，机电的输出转矩将降低通常的机电是按50Hz电压设计创造的，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）西门子变频器输出频率大于50Hz频率时，机电产生的转矩要以和频率成反比的 线性关系下降。当机电以大于50Hz频率速度运行时，机电负载的大小必须要赋予考虑，以防止 机电输出转矩的不足。举例，机电在IOoHZ时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的12因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速.（P=Ue*Ie）4、矢量控制是怎样使机电具有大的转矩的？转矩提升：此功能增加西

10、门子变频器的输出电压，以使机电的输出转矩和电 压的平方成正比的关系增加，从而改善机电的输出转矩。改善机电低速输出转矩 不足的技术,使用矢量控制，可以使机电在低速,如（无速度传感器时）IHz （对 4极机电，其转速大约为30rmin）时的输出转矩可以达到机电在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，机电的电压降随 着机电速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使机电不能获得足够 的旋转力。为了补偿这个不足，西门子变频器中需要通过提高电压，来补偿机电 速度降低而引起的电压降。西门子变频器的这个功能叫做转矩提升（*1）。转 矩提升功能是提高西门子变频器的输

11、出电压。然而即使提高不少输出电压，机电 转矩并不能和其电流相对应的提高。因为电机电流包含机电产生的转矩分量和 其它分量（如励磁分量）。矢量控制把机电的电流值进行分配，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 过对机电端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许机电 产出大的转矩。此功能对改善机电低速时温升也有效。1、什么是西门子变频器？西门子变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的 电能控制装置。2.机电的旋转速度为什么能够自由地改变？r/min机电旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm。例如：4极 机电60

12、Hz 1,800 r/min, 4极机电50HZ 1,500 r/min,机电的旋转速度同 频率成比例。本文中所指的机电为感应式交流机电，在工业领域所使用的大部份机电均为 此类型机电。感应式交流机电（以后简称为机电）的旋转速度近似地取决于机电 的极数和频率。机电的极数是固定不变的。由于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）,所以不适合改变极对数来调节机电的速度。 此外，频率是机电供电电源的电信号，所以该值能够在机电的外面调节后再供给 机电，这样机电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西 门子变频器，是做为机电调速设备的优选设备。3、电压型与电流型有

13、什么不同？西门子变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流 的西门子变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流 的西门子变频器，其直流回路滤波石电感。4、为什么西门子变频器的电压与电流成比例的改变？异步电动机的转矩是机电的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额 定频率下，如果电压一定而只降低频率，那末磁通就过大，磁回路饱和，严重时 将烧毁 机电。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制西门 子变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。 这种控制方式多用于风机、泵类节能型西门子变频器。5、西门子变频器制动的有

14、关问题（1）制动的概念：指电能从机电侧流到西门子变频器侧（或者供电电源侧） ,这时机电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）随着物体的运动而积累。当动能减为零时，该事物就处在住 手状态。机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为磨擦和能消耗掉。 对于西门子变频器，如果输出频率降低，机电转速将尾随频率同样降低。这时 会产生制动过程.由制动产生的功率将返回到西门子变频器侧。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）也要返回到西门 子变频器（或者电源）侧,进行制动.这种操作方法被称作再生制动，而该方法 可应用于西门子变频器制动。

15、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西门子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。6、采用西门子变频器运转时，机电的起动电流、起动转矩怎样？采用西门子变频器运转，随着机电的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制 在150%额定电流以下（根据机种不同，为125%200%）.用工频电源直接起动时， 起动电流为67倍，因此，将产生机械电气上的冲击。采用西门子变频器传动可 以平滑地起动（起动时间变长）。起动电流为额定电流的1.21.5倍，起动转 矩 为70%120%额定转矩；对于带有转矩自动增强功能的西门子变频器，起动转矩 为

16、IOO%以上，可以带全负载起动。7、V/f模式是什么意思?频率下降时电压V也成比例下降，这个问题已在回答4说明。V与f的比例关系 是考虑了机电特性而预先决定的，通常在控制器的存储装置（ROM）中存有几种 特性，可以用开关或者标度盘进行选择 22、装设西门子变频器时安装方向是否有限制。西门子变频器内部和背面的结构考虑了冷却效果的，上下的关系对通风也是重要 的，因此，对于单元型在盘内、挂在墙上的都取纵向位，尽可能垂直安装。23、不采用软起动，将机电直接投入到某固定频率的西门子变频器时是否可以？在很低的频率下是可以的，但如果给定频率高则同工频电源直接起动的条件相 近。将流过大的起动电流（67倍额定电

17、流），由于西门子变频器切断过电流， 机电不能起动。25、西门子变频器可以传动齿轮机电吗？根据减速机的结构和润滑方式不同，需要注意若干问题。在齿轮的结构上通常可 考虑7080Hz为最大极限，采用油润滑时，在低速下连续运转关系到齿轮的损坏 等。26、西门子变频器能用来驱动单相机电吗？可以使用单相电源吗？机基本上不能用。对于调速器开关起动式的单相机电，在工作点以下的调速范围 时将烧毁辅助绕组；对于电容起动或者电容运转方式的，将诱发电容器爆炸。西门子变频 器的电源通常为3相，但对于小容量的，也实用单相电源运转的机种。27、西门子变频器本身消耗的功率有多少？它与西门子变频器的机种、运行状态、使用频率等有

18、关，但要回答很艰难。无非 在60Hz以下的西门子变频器效率大约为94%96%,据此可推算损耗，但内藏再 生制动式（FR-K）西门子变频器，如果把制动时的损耗也考虑进去，功率消耗将 变大，对于操作盘设计等必须注意。28、为什么不能在660Hz全区域连续运转使用？普通机电利用装在轴上的外扇或者转子端环上的叶片进行冷却，若速度降低则冷 却效果下降，于是不能承受与高速运转相同的发热，必须降低在低速下的负载转 矩，或者采用容量大的西门子变频器与机电组合，或者采用专用机电。31、西门子变频器的寿命有多久？ 西门子变频器虽为静止装置，但也有像滤波电容器、冷却风扇那样的消耗器件, 如果对它们进行定期的维护，可

19、望有10年以上的寿命。32、西门子变频器内藏有冷却风扇，风的方向如何？风扇若是坏了会怎样？对于小容量也有无冷却风扇的机种。有风扇的机种，风的方向是从下向上，所以 装设西门子变频器的地方，上、下部不要放置妨碍吸、排气的机械器材。还有， 西门子变频器上方不要放置怕热的零件等。风扇发生故障时，由电扇住手检测或 者冷却风扇上的过热检测进行保护35、关于散热的问题如果要正确的使用西门子变频器，必须认真地考虑散热的问题。西门子变频 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，西门子变频器使用寿命减半。因此，我们要重视散热问题 啊！在西门子变频器工作时，流过西门子变频器的电流是很大的，西门子变频器 产生的热量也是非常大的，不能忽视其发热所产生的影响。