1.2 中、高壓變頻器的工作原理和電路組成

1.2.1 中、高壓變頻器的工作原理

變頻調速是通過改變電動機的電源頻率實現速度調節的。由電機原理可知，交流異步電動機的實際轉速n為

式中 n₀——電動機的同步轉速；

p——電動機的極對數；

f——電動機的運行頻率；

s——電動機的轉差率。

從式（1-1）可以看出，電動機的同步轉速n₀正比于電動機的運行頻率（n₀=60f/p）。由于轉差率s一般情況下比較小（0～0.05），如果能連續改變電動機的供電頻率f，就可以連續改變電動機的同步轉速，使其轉速可以在一個較寬的范圍內連續可調，這就是中、高壓變頻器的工作原理。

中、高壓變頻調速屬于無級調速，它在運行的經濟性、調速的平滑性以及機械特性等方面有明顯的優勢，已成為交流調速的主流。

1.2.2 中、高壓變頻器的電路組成

中、高壓變頻器的技術種類多種多樣。但是，無論對哪種產品而言，從電路組成上來說，中、高壓變頻器的電路都分為主電路和控制電路兩部分，其典型電路框圖如圖1-1所示。

圖1-1 中、高壓變頻器的典型電路框圖

1.主電路

為異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分稱為變頻器的主電路，如圖1-1所示。按中、高壓變頻器的組成來分，主電路分為交-交直接變頻系統（見1.3節）和交-直-交間接變頻系統（見1.4節）。另外，異步電動機需要制動時，有時要附加“制動電路”。

2.控制電路

為異步電動機供電（電壓、頻率可調）的主電路提供控制信號的電路，稱為控制電路。如圖1-1所示，僅以控制電路A部分構成控制電路時，無速度檢測電路，為開環控制；在控制電路B部分，增加了速度檢測電路，因此，對于轉速指令，可以進行使電動機的轉速控制更精確的閉環控制。

在控制電路中，又包括以下幾部分電路。

（1）運算電路

將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。

（2）電壓、電流檢測電路

與主電路電位隔離，檢測電壓、電流等參數并將其轉換成運算電路可用的信號。

（3）驅動電路

驅動主電路開關器件的電路。它與控制電路隔離，使主電路開關器件導通、關斷。

（4）速度檢測電路

以裝在異步電動機軸上的速度檢測器（TG、PLG等）的信號為速度信號，將其送入運算電路，根據指令和運算結果，可使異步電動機按指令轉速運轉。

（5）保護電路

檢測主電路的電壓、電流等參數，當發生過載或過電壓等異常情況時，為防止變頻器和異步電動機的損壞，使變頻器停止工作或抑制電壓、電流值。通常，保護電路可分為變頻器保護電路和異步電動機保護電路兩種。

對變頻器的保護有：由變頻器負載側短路等引起的瞬時過電流保護；由負載過大等引起的過載保護；由電動機快速減速引起的再生過電壓保護；由瞬時停電時間超過數十毫秒引起的瞬時停電保護；由變頻器負載側接地引起的接地過電流保護；由冷卻風機故障引起的冷卻風機異常保護等。

對異步電動機的保護有：由電動機負載過大或起動頻繁引起的過載保護；由變頻器輸出頻率或電動機速度超過規定值引起的超頻或超速保護等。