變頻器應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

肖海樂 顧月剛

摘要

本文就變頻器基本定義、工作原理、發(fā)展情況進(jìn)行了簡單概述，同時(shí)就變頻器應(yīng)用情況展開系統(tǒng)分析，并著重研究了變頻器的今后發(fā)展趨勢，以便于為我國變頻器行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供指導(dǎo)建議。

【關(guān)鍵詞】變頻器 應(yīng)用現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢

1 變頻器概述

1.1 變頻器基本定義

變頻器又名逆變器，屬于電力控制設(shè)備，該設(shè)備融合了微電子處理技術(shù)、電氣生產(chǎn)技術(shù)及變頻技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率的方式實(shí)現(xiàn)對交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)控管理。變頻機(jī)主要涵蓋了整流、濾波、逆變、制動(dòng)、驅(qū)動(dòng)、檢測處理六大模塊，在電路智能化生產(chǎn)過程中發(fā)揮重要作用。

1.2 變頻器工作原理

圖1為變頻器的基本工作原理，模塊P、N組成了交流器電路，具有將交流電整定為直流電的作用，同時(shí)將其作用到負(fù)荷z模塊上。若在模塊P上施加了正弦脈沖信號，此時(shí)得到的直流電則呈現(xiàn)正弦規(guī)律，其正弦周期為交流電周期的整數(shù)倍。在模塊P、N的共同作用下，會(huì)在負(fù)荷Z模塊上施加正弦周期電流，其頻率能夠伴隨脈沖信號周期大小調(diào)整變化。

1.3 變頻器發(fā)展情況

早在1930年開始，我國學(xué)者開始針對交流調(diào)試技術(shù)展開研究，雖然進(jìn)展緩慢，但是還是取得了一定成效。在1960～1970年之間，我國的微電子技術(shù)、調(diào)控技術(shù)得到迅猛發(fā)展，此時(shí)的交流調(diào)速能夠發(fā)揮與直流調(diào)速相媲美的功能，并有取代直流調(diào)速的趨勢。在隨后的數(shù)十年時(shí)間里，我國變頻器產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷從無到有、從有到專的發(fā)展歷程，并且在全國各個(gè)地區(qū)都建立了不同規(guī)模的變頻器生產(chǎn)廠家。目前較為知名的變頻器生產(chǎn)廠家有北京ABB公司、上海臺達(dá)集團(tuán)、天津SIEMENS公司、無錫臺安公司等，在國際市場上也是享有盛名的。

2 變頻器應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 變頻調(diào)速方面的應(yīng)用

變頻器最初的研發(fā)目的在于對系統(tǒng)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速管理，以便于確保調(diào)速系統(tǒng)滿足電動(dòng)機(jī)的各種工作需求。變頻器通過改變電機(jī)供電頻率的方式，實(shí)現(xiàn)對同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速管理，能夠大幅降低電機(jī)工作成本，同時(shí)不會(huì)對原有機(jī)械性能產(chǎn)生影響。具有高精度無極調(diào)速，適用于多種傳動(dòng)機(jī)械設(shè)備;具有軟啟軟停功能，啟動(dòng)能耗小，不會(huì)對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊電流影響;具有開環(huán)自動(dòng)/手動(dòng)、閉環(huán)自動(dòng)/手動(dòng)多種調(diào)控模式，電源頻率不會(huì)對其產(chǎn)生影響;功率因數(shù)與轉(zhuǎn)速呈正比，大幅提升電機(jī)使用效率;內(nèi)部配有微調(diào)控器，能夠?qū)崿F(xiàn)一機(jī)多控目的;多重保護(hù)功能，大幅提高電機(jī)安全性能。

2.2 高效節(jié)能方面的應(yīng)用

我國作為能耗大國，雖然具有豐富的自然資源，但是對于能源的利用率卻相對較低，變頻器的出現(xiàn)在很大程度上提高了我國節(jié)能環(huán)保工作效率。變頻器的應(yīng)用能夠大幅提高電機(jī)轉(zhuǎn)速控制精度，有助于電機(jī)處于最節(jié)能的工作狀態(tài)。就風(fēng)機(jī)水泵而言，結(jié)合流體力學(xué)知識可知軸功率與轉(zhuǎn)速三次方呈正比，當(dāng)風(fēng)量變小引起風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，軸功率就會(huì)呈現(xiàn)大幅降低趨勢，此時(shí)就會(huì)表現(xiàn)出極佳的節(jié)能調(diào)速效果。變頻機(jī)以其優(yōu)異的節(jié)能性能廣泛應(yīng)用于供水系統(tǒng)、空調(diào)設(shè)備、電梯控制、機(jī)床加工、過程調(diào)控等多個(gè)領(lǐng)域，不僅確保了電機(jī)調(diào)節(jié)精度，同時(shí)也降低了人力成本投入，收獲較多經(jīng)營收益。

2.3 質(zhì)量提升方面的應(yīng)用

變頻器技術(shù)由于具備簡單易控的操作流程、人性化調(diào)控管理界面，目前己應(yīng)用到多種機(jī)械設(shè)備控制重工業(yè)領(lǐng)域。變頻器的研發(fā)生產(chǎn)在很大程度上提高了電機(jī)等電子機(jī)械的使用壽命，有效預(yù)防噪音污染、降低設(shè)備危險(xiǎn)的同時(shí)，還能進(jìn)一步提高電子機(jī)械的工藝水平及產(chǎn)品質(zhì)量。例如應(yīng)用了變頻器技術(shù)的空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)等家用電器，在日常使用中具備更小的電壓沖擊，具有較高的產(chǎn)品質(zhì)量，因此其使用壽命較傳統(tǒng)家電相比更長。

3 變頻器發(fā)展趨勢

3.1 主控一體

伴隨日本三菱公司DIPIPM模塊的成功研發(fā)與生產(chǎn)，標(biāo)志著變頻器開始轉(zhuǎn)向調(diào)控電路一體化、數(shù)字化，并能夠滿足廣大電力用戶對于家電產(chǎn)品易操作、較穩(wěn)定的基本需求。變頻器將參數(shù)辨識模塊、PLC調(diào)控模塊、PID調(diào)控模塊、通信模塊選擇性集成起來，形成的一體化調(diào)控系統(tǒng)具有更為完善的功能，不僅提高了整個(gè)家電系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)也減少了系統(tǒng)與外部電路的連接。研究發(fā)現(xiàn)，目前研制生產(chǎn)的變頻器已經(jīng)和電動(dòng)機(jī)合二為一，有效降低了系統(tǒng)占地面積，使得系統(tǒng)日常調(diào)控更為簡潔方便。

3.2 專業(yè)系統(tǒng)

為了確保變頻器在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮更多功能，以便適用于各種特殊機(jī)械控制系統(tǒng)，專家學(xué)者逐漸將研究重心轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)系統(tǒng)化，其中集中型變頻器的研發(fā)生產(chǎn)成為大勢所趨。隨著D&M&C概念的提出，更加凸顯了高性能變頻器的重要性，因此我國變頻器生產(chǎn)廠家先后研制出適用于各種系統(tǒng)的高性能變頻器，像奧圣公司研發(fā)的全封閉型變頻器能夠適用于多種惡劣場所;英威騰的SAJ變頻器S350高性能矢量變頻器涵蓋了全新高速電機(jī)控制芯片ESP，具有極快的矢量控制響應(yīng)能力;偉創(chuàng)AC90高性能矢量變頻器融入了開環(huán)張力控制技術(shù)，在我國張力控制行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

3.3 小型集成

變頻器可謂電氣系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)換的重要模塊，常常伴隨系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)裝技術(shù)的發(fā)展而優(yōu)化創(chuàng)新，為了適應(yīng)當(dāng)前系統(tǒng)集成及器件條件的變化，變頻器逐漸向著小型集成方向發(fā)展。變頻器小型集成設(shè)計(jì)涵蓋了較為先進(jìn)的冷卻技術(shù)，因此有助于改善功率元件發(fā)熱情況。北京ABB公司就提出了名為Comp-ACTM的小型變頻器理念，他們指出小型變頻器應(yīng)該具備和觸發(fā)器、啟動(dòng)器相同的操作、安裝流程，同時(shí)兼具較高的安全性、可靠性。

3.4 低磁除噪

隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，變頻器在滿足EMC國際標(biāo)準(zhǔn)的前提下需要具備更好的抗干擾性、高次諧波抑制性，通過在變頻器輸入端安裝交流電抗器或連接有源功率因數(shù)電路的方式改善輸入電流波形，以便于降低電網(wǎng)諧波干擾。利用半諧振方式調(diào)控電源開關(guān)，這種調(diào)控方式控制開關(guān)功率在30～50MHz的情況下能夠?qū)⒃胍艚抵?5～20dB。

4 結(jié)語

隨著微電子技術(shù)、電氣生產(chǎn)技術(shù)及變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，我國變頻器逐漸向著主控一體、專業(yè)系統(tǒng)、小型集成、低磁除噪的方向發(fā)展，變頻器控制精度及動(dòng)態(tài)特性將逐漸趨于完善，有助于實(shí)現(xiàn)節(jié)省時(shí)間、節(jié)約成本的目的，同時(shí)也能在一定程度上提高我國變頻器產(chǎn)品的國際競爭力。

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