變頻調(diào)速原理及在家電中的應(yīng)用

1、變頻調(diào)速原理及在家電中的應(yīng)用哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院 白清利變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展回顧20 60 年代后期開(kāi)始，電力電子器件經(jīng)歷了從SCR()GTO(IGBT(絕緣柵)HVIGBT()制技術(shù)也發(fā)生了由VVVF 變頻、矢量控制變頻到直接轉(zhuǎn)矩控制變頻的轉(zhuǎn)變進(jìn)程。20 70 (PWM-VVVF)20 80年代，作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問(wèn)題吸引著人們的濃厚興趣，并且得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家的VVVF變頻器VVVF 變頻器的控制相關(guān)于簡(jiǎn)單，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一矢量控制變頻調(diào)速的實(shí)現(xiàn)方法為：將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流Ic Ia1I

2、m1、It1。其中Im1 相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流 ； 控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。1985 年，德國(guó)魯爾大學(xué)的ePenbrock 教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很雜計(jì)算 ；它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模 型。VVVF-直交變頻中的一種。其共通缺陷是-交變頻省去了中 間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為 變頻調(diào)速基本原理三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為:n = n1 (1-s)=60f(1-s)/p (1)式中:n n1 同步轉(zhuǎn)速，r/min p 磁極關(guān)于數(shù)s f 頻率，Hz由轉(zhuǎn)速公式, 我們可以經(jīng)

3、過(guò)改變極關(guān)于數(shù)、轉(zhuǎn)差率和頻率的方法實(shí)現(xiàn)關(guān)于異步電機(jī)的(10%100%)和精度高等性能，節(jié)電效果20%30%。實(shí)際上僅僅改變電動(dòng)機(jī)的頻率并且不能獲得良好的變頻特性。因?yàn)橛僧惒诫姍C(jī)的電勢(shì)公式可知，外加電壓近似與頻率和磁通乘積成正比，即：UE=C1f （2）式（2）中，C1 為常數(shù)，因此有：E/fU/f （3）若外加電壓不變，則磁通 隨頻率而改變，如頻率f 下降，磁通 會(huì)增加，造成磁路過(guò)飽和(VVVF)，簡(jiǎn)稱變頻調(diào)速。直-f, 就可以十分方便地改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速n, 比改變極關(guān)于數(shù)p 和轉(zhuǎn)差率s ,使得三相交流電機(jī)變頻調(diào)速成為當(dāng) 前電機(jī)調(diào)速的主流。變頻器的構(gòu)成(MCU/SP)1 給出了PWM -直圖。P

4、WM 型交-直-交變頻器原理框圖1可知，這是一個(gè)VVVF變頻調(diào)速系統(tǒng)。首先是將單相或三相交流電源經(jīng)過(guò)整流器并且經(jīng)電容濾波后形成幅值基本穩(wěn)定的直流電壓加在逆變器上，利用逆變器功率元件的通斷控 U/f PWM (IPM)IPM 模塊是將三相逆變IGBT、驅(qū)動(dòng)電路以及保護(hù)電路集成在一塊芯片上，它的出現(xiàn)推動(dòng)了變頻家電市場(chǎng)的啟動(dòng)和 發(fā)展。新型IPM 模塊甚至將開(kāi)關(guān)電源也設(shè)計(jì)在模塊內(nèi)，越發(fā)方便用戶使用，用戶只需要了 解接口電路和定義，很快便可以組成并且運(yùn)行系統(tǒng)，從而大大加快了新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。變頻調(diào)速技術(shù)在家電中的應(yīng)用開(kāi)/停)穩(wěn)定性差以及能耗高等一系列弊端。 變頻技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了家用電器的變頻化，變頻家用

5、20 70 年代，在歐美等又提高了約 10%-15%。為進(jìn)一步提高裝置的效能，近年來(lái)，日本的空調(diào)器又逐步從單純的PWM 控制改為PWM+PAM PWM U/f PAM PWM 控制時(shí)有較大幅度的提高。95%以上采用了變頻技術(shù)，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家也在大舉推廣普及變頻冰箱。但1998 年開(kāi)發(fā)出國(guó)內(nèi)第一臺(tái)變頻冰箱后，經(jīng)過(guò)幾年的不懈努力，依靠整合全球化資源，與日本三洋于尋常2004208L 0.29 度，上市幾個(gè)月便占據(jù)了全國(guó)3500 5 2 個(gè)席位，得到廣大用戶的一致認(rèn)可。20 90 年代初最先由日本三菱公司推出，隨后新西蘭能。變頻洗衣機(jī)效率高，過(guò)去的洗衣機(jī)電機(jī)的效率僅為40%50%，而直流變頻洗衣機(jī)的效率可達(dá)到 80%以上，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源。三是噪聲低、振動(dòng)小。這是因?yàn)橹绷髯冾l電機(jī)的脫水振動(dòng)得到有效控制。如日本夏普公司開(kāi)發(fā)的ES-A80E 型變頻洗衣機(jī)，其洗滌噪聲僅為28408 年前該公司的ES-B55 （耗電260W）相比，現(xiàn)在的ES-A80E (85Wh)1/3。無(wú)錫小天鵝公司是我國(guó)“洗衣機(jī)，采用先進(jìn)的無(wú)刷直流變頻電機(jī) 59B(A)10B(A)。55B(A)以下。直流變頻電機(jī)壽命比傳統(tǒng)的感應(yīng)電機(jī)延