變頻器基本原理和作用

1、變頻器基本原理和作用變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備。(一) 變頻調(diào)速的構(gòu)成要實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，必須有頻率可調(diào)的交流電源，但電力系統(tǒng)卻只能提供固定頻率的交流電源，因此需要一套變頻裝置來(lái)完成變頻的任務(wù)。歷史上曾出現(xiàn)過(guò)旋轉(zhuǎn)變頻機(jī)組，但由于存在許多缺點(diǎn)而現(xiàn)在很少使用?，F(xiàn)代的變頻器都是由大功率電子器件構(gòu)成的。相對(duì)于旋轉(zhuǎn)變頻機(jī)組，被稱(chēng)為靜止式變頻裝置，是構(gòu)成變頻調(diào)速系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)。一個(gè)變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由靜止式變頻裝置、交流電動(dòng)機(jī)和控制電路3大部分組成。靜止式變頻裝置的輸入是三相式單相恒頻、恒壓電源，輸出則是頻率和電壓均可調(diào)的三相交流電。至于控制電路

2、，變頻調(diào)速系統(tǒng)要比直流調(diào)速系統(tǒng)和其他交流調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜得多，這是由于被控對(duì)象感應(yīng)電動(dòng)機(jī)本身的電磁關(guān)系以及變頻器的控制均較復(fù)雜所致。因此變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制任務(wù)大多是由微處理機(jī)承擔(dān)。(二) 變頻調(diào)速的基本要求為了充分利用鐵心材料，在設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)時(shí)，總是讓電動(dòng)機(jī)在額定頻率和額定電壓下工作時(shí)的氣隙磁通接近磁飽和值。因此，在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，希望保持每極磁通量為額定值不變。如果過(guò)分增大磁通又會(huì)使鐵心過(guò)分飽和，從而導(dǎo)致勵(lì)磁電流急劇增加，繞組過(guò)分發(fā)熱，功率因數(shù)降低，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)蚶@組過(guò)熱而損壞電動(dòng)機(jī)。故而希望在頻率變化時(shí)仍保持磁通恒定，即實(shí)現(xiàn)恒磁通變頻調(diào)速，這樣，調(diào)速時(shí)才能保持電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩不變。(三) 變頻器的

3、分類(lèi)1. 按變換環(huán)節(jié)分:(1) 交-交變頻器把頻率固定的交流電源直接變換成頻率可調(diào)的交流電，又稱(chēng)直接式變頻器。(2) 交-直-交變頻器先把頻率固定的交流電整流成直流電，再把直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電，又稱(chēng)間接式變頻器。2. 按電壓的調(diào)制方式分:(1) PAM(脈幅調(diào)制)變頻器輸出電壓的大小通過(guò)改變直流電壓的大小來(lái)進(jìn)行調(diào)制。在中小容量變頻器中，這種方式幾近絕跡。(2) PWM(脈寬調(diào)制)變頻器輸出電壓的大小通過(guò)改變輸出脈沖的占空比來(lái)進(jìn)行調(diào)制。目前普通應(yīng)用的是占空比按正弦規(guī)律安排的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)方式。3. 按直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能方式分(對(duì)交直交):(1) 電流型直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件是電感線

4、圈LF(2) 電壓型直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件是電容器CF三相交流異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉，在冶金、建材、礦t、化工等重工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著巨大作用。人們希望在許多場(chǎng)合下能夠用可調(diào)速的交流電機(jī)來(lái)代替直流電機(jī)，從而降低成本，提高運(yùn)行的可靠性。如果實(shí)現(xiàn)交流調(diào)速，每臺(tái)電機(jī)將節(jié)能20%以上，而且在恒轉(zhuǎn)矩條件下，能降低軸上的輸出功率，既提高了電機(jī)效率，又可獲得節(jié)能效果。異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的種類(lèi)很多，但是效率很高、性能最好、應(yīng)用最廣的是變頻調(diào)速，它可以構(gòu)成高動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速系統(tǒng)來(lái)，取代直流調(diào)速系統(tǒng)，是交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。變頻調(diào)速是以變頻器向交流電機(jī)，供電，并構(gòu)成開(kāi)環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)

5、的寬范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速。變頻器可把固定電壓、固定頻率的交流電變換為可調(diào)電壓、可調(diào)頻率的交流電。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了高耐壓、大功率、具有自關(guān)斷的全控型電力電子器件，它具有驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)頻率高等特點(diǎn)，應(yīng)用在逆變電路中可極大提高變頻的性能。脈寬調(diào)制（PWM）變頻就是把通訊系統(tǒng)中的調(diào)制技術(shù)推廣應(yīng)用到交流變頻中，可使變頻器具有良好的輸出波形，降低了噪聲和諧波，提高了系統(tǒng)的性能。采用全數(shù)字微機(jī)控制技術(shù)，使變頻器減小了體積、降低了成本、提高了效率、增強(qiáng)了功能。以上三種技術(shù)的應(yīng)用，使電機(jī)基本能夠平穩(wěn)運(yùn)行、無(wú)噪聲、無(wú)抖動(dòng)。交流變頻調(diào)速已成為電氣調(diào)速傳動(dòng)的主流。目前變頻器不但在傳統(tǒng)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣

6、泛的應(yīng)用，而且已擴(kuò)展到了工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域，以及空調(diào)器、洗衣機(jī)、電冰箱等家電中。（一）變頻器的功用變頻器的功用是將頻率固定（通常為工頻50HZ）的交流點(diǎn)（三相的或單相的）交換成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電源。如下圖2.1所示，變頻器的輸入端（R,S,T）接至頻率固定的三相交流電源,輸出端（U,V,W）輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電，接至電機(jī)。變頻器作用概述VVVF（VariationVoltageVariationFrequency）頻率可變、電壓可變。（二）變頻器主要功能、軟啟動(dòng)馬達(dá)、調(diào)頻調(diào)壓調(diào)電流三、空（輕）載時(shí)能在維持轉(zhuǎn)速的時(shí)候減少電流（節(jié)能）變頻器總體來(lái)說(shuō)用在啟動(dòng)頻繁的馬達(dá)上

7、，節(jié)能效果明顯?。ㄈ┳冾l器的核心是電力電子器件及控制方式1. 電力電子器件的發(fā)展20世紀(jì)80年代中期以前，變頻裝置功率回路主要采用第一代電力電子器件，以晶閘管元件為主，這種裝置的效率、可靠性、成本、體積均無(wú)法與同容量的直流調(diào)速裝置相比。80年代中期以后采用第二代電力電子器件GTR.CTO,VDMOS-IGBT等制造的變頻裝置在性能和價(jià)格比上可以與直流調(diào)速裝置相媲美。隨著向大電流、高電壓、高頻化、集成化、模塊化方向繼續(xù)發(fā)展，第三代電力電子器件是20世紀(jì)90年代制造變頻裝置的主流產(chǎn)品，中小功率的變頻調(diào)速裝置（1-1000kw）主要采用IGBT，大功率的變頻調(diào)速裝置（1000-10000kW）采用GT0器件。20世紀(jì)90年代末至今，電力電子器件的發(fā)展進(jìn)入了第四代,如高壓IGBT,IGCT,IEGT,SGCT、智能功率模塊IPM等。2. 控制方式變頻器用不同的控制方式，得到的調(diào)速性能、特性及用途是不同的