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变频器五大基本功能

发布日期：2015-06-09
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变频器全称变频调速器，是三相电动机的驱动控制设备之一，在工业自动化中，其作用和地位举足轻重，不可或缺。国内变频器技术发展至今已有二十年左右，经历了借种，孕育，萌芽，成长，繁荣时期，期间经历很多事，很多人不懈的努力和付出，在中国自动化产业的历史进程中留下浓墨重彩的一页。变频器行业相对于大型机械工业和自动化领域，还是很小的村落，但也波澜壮阔，蔚为壮观。本文中，秦越结合多年工作体会，简要说明一下变频器的基本功能，不准确之处，欢迎读者与我一起交流讨论。

1，软起动
变频器具有软起功能，在今天已经无需多论，而在二十年前，还是非常令人兴奋的事情，这也是变频器的辅助基本功能之一。变频器在诞生之初，是针对最普遍使用的三相异步鼠笼式电动机来做的。我们知道，三相异步电动机的速度公式是n=60f(1-s)/p，通过改变电动机的输入频率，进而改变电动机的转速是最彻底最方便可靠的方式。电动机直接起动的瞬间电流是正常稳定运行的6~8倍，降压起动是4~5倍，而变频调速，不会超过1.5倍变频器额定电流，无论是对电网冲击，还是设备适应性，其好处都是非常突出的。

2，无级调速
无级调速，就是无等级无台阶的调速，从零速起动到最高速度，以及从最高速度降到零速，一气呵成，速度曲线连续、平滑、稳定，如图1所示，极大的适应了负载惯性，提高了多个机械设备相互间的适应能力，提高了生产效率，大大降低了机械摩擦、振动和噪音，延长了设备寿命，降低了维护成本。普通变频器输出频率都在0.00Hz~400.00Hz左右，频率分辨率都在0.01Hz，有些到达650.00Hz，高频的变频器可以输出达到5000Hz，已经完全覆盖工业调速的所有范围。
随着晶体管、微处理芯片等核心元器件的出现，促使无级调速技术实现重大突破。变频器的诞生是顺应工业自动化水平需要和多个相关产业发展的结果。

在今天，变频器的价格已经降到足够低，市场覆盖也足够广，生产厂家也空前的多，用户的认识也足够深刻。站在整个工业自动化发展历程来讲，可喜可贺！下图为变频器的频率-时间曲线图：

3，节能
变频器的节能功能，原本是在变频器应用过程中的意外收获，而在今天，已经被广泛应用与各种工业和民用生产生活中，尤其将变频器用于平方转矩负载时更为突出，例如风扇、风机、泵、螺旋桨负载，这是由此类负载转矩曲线决定的，如图2-a 所示。在低速时由于流体的流速低，所以负载转矩很小，随着电动机转速的增加，流速增快，负载转矩和功率也越来越大，负载转矩TL 和功率PL 可用下式表示：

式中T0 、P0—分别为电动机轴上的转矩损耗和功率损耗；
KT、PT—分别为二次方律负载的转矩常数和功率常数。

a）风扇叶片b ）机械特性 c）功率特性
图2 二次方律负载及其特性
但变频器的节能应用目前存在很多误区，一些文献宣称变频调速器是节电控制产品，给人的感觉是只要使用变频调速器都能节电。
实际上，变频调速器之所以能够节电，是因为其能对电动机进行调速。如果说变频调速器是节电控制产品的话，那么所有的调速设备也都可以说是节电控制产品。变频调速器只不过比其它调速设备效率和功率因数略高罢了。
再者，只要原来采用阀门控制流量，且不是满负荷工作，改为调速运行，均能实现节电。
与直流调速系统比较，直流电动机比交流电动机效率高、功率因数高，数字直流调速器与变频调速器效率不相上下，甚至数字直流调速器比变频调速器效率略高。所以，宣称使用交流异步电动机和变频调速器比使用直流电动机和直流调速器要节电，理论和实践证明，这是不正确的。

4，多重保护
我们知道，在实际设备运行过程中，常常会有多种因素导致各种故障和设备损坏，如果能够进行智能检测，和自动报警及保护，将是非常有必要的，例如欠电压、过电压、雷击、过载、负载堵转、温度过高、通信故障、电磁干扰、电源缺相、电机缺相、负载短路、接地短路等等，有些故障是致命的，一旦出现，后果不堪设想。而变频器在研发过程中，首先出于对变频器自身内部器件安全性考虑，就加入了多重检测和保护，例如变频器逆变模块的允许最大电流一般不会超过额定的2倍，电解电容允许的最高温度为85℃，电磁兼容设计等等，再加上会负载侧的检测和反馈（如电机温度检测及保护、瞬时掉电不停机等），使得今天的变频器高度智能化，不仅能保护自身的安全正常使用，也大大保护了前后级设备的安全运行。
另外，今天的优秀变频器基本上都通过了国际认证或指标，如，CE，UL，RoHS等，可以对外出口配套，变频器制造厂家，也提供全天候，无地域差别的现场服务和用户指导，为客户提供品质保证和解决后顾之忧。

5，自动化
今天的变频器的控制功能已经非常齐全，可以很好的配合其他控制设备和仪器，实现系统化组网的集中实时监视和控制，如配合DCS，PLC，传感器，HMI，CNC，上位机，伺服驱动器等等，大大提高了生产线的自动化程度，节省了人力物力，提高了效率，降低了成本。例如变频器可以有多种频率给定方式，如数字设定，电位器，外部模拟量（0~10V，4~20mA），多段速，PID等方式，可以外搭各种控制器、反馈信号的频率指令，远程/本地控制切换，方便了用户的多种控制需要，还有一些公司，陆续推出多款行业专机，针对一些细分行业用户进行个性化定制开发，一体化开发，为用户节省了选型的麻烦系统兼容性的问题，节约了成本。
总之，变频器的功能和作用，今天已经非常完善和成熟，是工业自动化产品家族中不可或缺的一员，具有重要里程碑的意义，也是后续高端技术应用和产品开发的基础，或许正是变频器的诞生，正式拉开了中国自动化产业高速发展的序幕！我们有理由相信，未来的中国将会有更多更好的企业和产品在这场无硝烟的战场上展开角逐，但无论如何，这对于用户都是很好的消息，值得我们共同期待和持续努力，明天会更好！

变频器：http://www.chipctrl.com/

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