淺析變頻器的發(fā)展和應(yīng)用

霍會(huì)英

(唐山開灤廣匯設(shè)備制造有限公司,河北唐山 063026)

淺析變頻器的發(fā)展和應(yīng)用

霍會(huì)英

(唐山開灤廣匯設(shè)備制造有限公司,河北唐山 063026)

變頻器也可以稱為電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速器,它是一種靜止的頻率變換器。它把電力網(wǎng)頻率恒定的交流電,變成可調(diào)頻率的交流電,供普通的交流異步電動(dòng)機(jī)做電源用。其最主要的特點(diǎn)是具有高效率的驅(qū)動(dòng)性能和良好的控制特性。本文主要介紹了變頻器的發(fā)展、分類、原理、安裝等幾個(gè)方面的內(nèi)容。

變頻器 變頻電機(jī) 變頻調(diào)速 諧波治理

變頻器是利用交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨電機(jī)定子電壓頻率變化而變化的特性而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行的裝置。

1 變頻器的發(fā)展

變頻器最早的形式是,用旋轉(zhuǎn)變頻發(fā)電機(jī)組作為可變頻率的電源,供給交流電動(dòng)機(jī),主要對異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。隨著電力半導(dǎo)體的發(fā)展靜止式變頻電源成為了變頻器的主要形式。目前應(yīng)用的變頻器主要是靜止式的變頻器。

2 變頻器的分類

變頻器問世的時(shí)間雖然較短,但其種類頗多,一般有以下幾種分類。

2.1 按變換頻率的方法分類

(1)“交-直-交”變頻器。這種變頻器是先把50Hz的交流電流經(jīng)過整流變換成直流,在經(jīng)濾波后將較平滑的直流電逆變成頻率可調(diào)的交流電。根據(jù)濾波器件的不同,變頻器又分為電容濾波和電感濾波兩種形式。電容濾波的直流回路的電壓波形比較平直,輸出阻抗小,電壓也不易突變,相當(dāng)于直流恒壓源,所以稱之為電壓型變頻器;電感濾波形式直流回路的電流波形比較平直,輸出阻抗很大,電流也不易突變,相當(dāng)于直流恒流源,所以稱之為電流型變頻器。

(2)“交-交”變頻器。所謂“交-交”變頻器一般是由三相反并聯(lián)晶閘管組成的可逆橋式,采用電網(wǎng)自然換相原理,組成的變頻器。它具有過載能力強(qiáng)、效率高、輸出波形好等優(yōu)點(diǎn);但也具有輸出頻率低,造成電網(wǎng)功率因數(shù)低、旁頻諧波影響大等缺點(diǎn)。交-交變頻器可驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī),也可驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)。

2.2 按電壓等級(jí)分類

(1)低壓型變頻器。這類變頻器的單相電壓為:220～240V、三相電壓為:380～460V。容量范圍大約為:0.5～500kW左右。因此,這類變頻器又稱作為中、小容量變頻器。

(2)高壓大容量變頻器。它有兩種形式:一種采用升降壓變壓器形式的,稱之為:“高-低-高”式變頻器,也稱為間接高壓變頻器;另一種采用大容量晶閘管或晶閘管功率元件串聯(lián)結(jié)構(gòu),無輸入、輸出變壓器,也稱為直接高壓變頻器。

2.3 按改變輸出電壓或電流波形分類

(1)PAM。這是Pulse Amplitude Modulation的縮寫,是一種改變電壓源的電壓Ed或電流源的電流Id的幅值,進(jìn)行輸出控制的方式。因此,在逆變器部分只控制頻率,在變流器部分控制輸出的電壓或電流。

(2)PWM。這是Pulse Width Modulation的縮寫。這種方式在輸出波形的半個(gè)周期中能產(chǎn)生多個(gè)脈沖,并使各脈沖的等值電壓為正弦波狀,輸出電壓或電流波形平滑,而且低次諧波較少。在晶閘管逆變器中,由于其換相時(shí)間需要一百至數(shù)白微秒(μs),開關(guān)頻率低,難以實(shí)現(xiàn)PWM控制,故通常采用PAM方式。PWM方式常用于可自行關(guān)斷晶閘管和GTO晶閘管逆變器,用來對頻率和輸出電壓進(jìn)行控制調(diào)整。因此,在PWM方式中,直流環(huán)節(jié)可以是固定電壓(或電流)的直流,整流部分通常采用電力大功率整流二極管整流。

3 變頻器工作原理

變頻器主要用于電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制,并降低啟動(dòng)電流。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率,該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電,這個(gè)過程叫整流。把直流電(DC)變換為交流電的裝置,其科學(xué)術(shù)語為逆變器。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源。對于逆變?yōu)轭l率可調(diào)、電壓可調(diào)的逆變器我們稱為變頻器。變頻器輸出的波形是模擬正弦波,主要是用在三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速,又叫變頻調(diào)速器。

4 諧波干擾和治理

4.1 諧波干擾

在變頻過程中,電路中會(huì)產(chǎn)生大量諧波,供電電壓品質(zhì)下降。影響接在同一配電系統(tǒng)的其它用電設(shè)備、儀器及計(jì)算機(jī)的正常工作。諧波產(chǎn)生主要有以下途徑。

(1)整流部分。變頻器的整流部分接有大電容。因而在輕載時(shí)網(wǎng)側(cè)電流為尖峰脈沖,電流畸變較大,對電網(wǎng)造成諧波污染,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)較低。

(2)逆變部分。變頻器的逆變部分輸出的電壓為脈寬調(diào)制波,除基波外含有大量高次諧波,其輸出到電動(dòng)機(jī)的電流畸變較大,含有高次諧波。

4.2 諧波的消除方法

(1)主動(dòng)方面,使變頻器本身不產(chǎn)生或少產(chǎn)生諧波。如:在調(diào)制上采用較高的調(diào)制頻率、目標(biāo)函數(shù)、多重化整流技術(shù),如:在整流器上采用多相(12相或24相整流技術(shù)、PWM整流技術(shù)及有源功率因數(shù)校正電路APFC(Active Power Factor Correction)。

(2)被動(dòng)方面,采取措施,減少變頻器產(chǎn)生的各次諧波對電網(wǎng)及其它設(shè)備的干擾。如:加裝進(jìn)相和出相交流電抗器、加裝射頻噪聲濾波器及加裝浪涌吸收電路。

5 變頻器的安裝

變頻器在工作時(shí)會(huì)不斷的產(chǎn)生熱量,因此對環(huán)境溫度、濕度有一定的要求。變頻器所在環(huán)境溫度越高,腐蝕性氣體濃度越大,器壽命就越短。在安裝時(shí)要求有良好的通風(fēng)條件,要求環(huán)境中不能有過多的腐蝕性氣體和灰塵。在高海拔地區(qū)使用變頻器時(shí),變頻器中的平波電容器的內(nèi)外壓力不平衡,將可能導(dǎo)致變頻器中電容爆裂;在不加裝特殊的情況下,一些元件也會(huì)誤動(dòng)作。變頻器最好安裝在室內(nèi),不要受陽光的直接照射。在野外安裝變頻器時(shí),要加裝防雨水、冰雹、防高溫低溫的設(shè)計(jì)。在寒冷地區(qū)安裝時(shí),要考慮加熱裝置。在潮濕環(huán)境中使用時(shí),可增加除濕器。在安裝空間上,要保證周圍留有15cm的距離,要求有通常的氣流通道,一遍更好的散熱。

6 結(jié)語

電機(jī)的變頻調(diào)速方式,使機(jī)械的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率大為提高。變頻器以其優(yōu)越的性能和顯著的效果越來越多的應(yīng)用的各行各業(yè)中。

[1]陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).北京:機(jī)械工業(yè),1990.

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[3]黃俊.半導(dǎo)體交流技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社:1986.

[4]吳中智等.變頻器應(yīng)用手冊.北京:機(jī)械工業(yè)出版社:1995.