電力電子技術(shù)在變頻器中的應(yīng)用分析

岳強(qiáng)

摘要：電力電子技術(shù)是研究利用電力電子器件實(shí)現(xiàn)電能變換和控制電路的技術(shù)。利用電力電子技術(shù)可以優(yōu)化電能，把粗電變成負(fù)載需要的精電，使產(chǎn)品具有高效、節(jié)能、省材的特點(diǎn)。目前進(jìn)行節(jié)能的重要手段之一，就是利用電力電子中的變頻技術(shù)對(duì)電能進(jìn)行處理。利用該技術(shù)，可使交流電機(jī)高效運(yùn)行，達(dá)到節(jié)電效果。本文就對(duì)電力電子技術(shù)在變頻器中的應(yīng)用有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù);變頻器;應(yīng)用

1電力電子技術(shù)在變頻器中應(yīng)用的發(fā)展歷程

1.1整流器時(shí)代

電力電子技術(shù)中整流器的應(yīng)用一般是在大功率用電，以交流發(fā)電機(jī)為電力來(lái)源，以直流電進(jìn)行消耗，例如工業(yè)中大型設(shè)備的生產(chǎn)動(dòng)力等。上世紀(jì)70年代興起的硅整流器轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姳粡V泛應(yīng)用在工業(yè)用電輸出。

1.2逆變器時(shí)代

電力電子技術(shù)發(fā)展遇到瓶頸，整流器的發(fā)展無(wú)法滿足高耗電企業(yè)用電的實(shí)際需要，這樣的背景下使得以交流電為主的逆變器時(shí)代來(lái)臨。以晶閘器件、晶體管等主流發(fā)展，在高壓直流輸出還能有效補(bǔ)償動(dòng)態(tài)功率。只能在低頻領(lǐng)域中使用的逆變器目前為止還沒(méi)有被廣泛使用。

1.3變頻器時(shí)代

大規(guī)模集成電路技術(shù)為現(xiàn)在電力電子技術(shù)的快速發(fā)展鋪平了道路，變頻器時(shí)代的來(lái)臨使得電力電子技術(shù)得到精細(xì)化的發(fā)展?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)從出現(xiàn)全控型功率器件后得到了飛速發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)使得電力電子技術(shù)得到轉(zhuǎn)化的可能。功率半導(dǎo)體器件的逐漸退出，使得變頻器后來(lái)應(yīng)用逐步擴(kuò)大了變頻調(diào)速的范圍。

2電力電子技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

2.1改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)

隨著科技不斷進(jìn)步，日常生活中也會(huì)有相關(guān)的電力電子設(shè)備產(chǎn)品的出現(xiàn)。電力電子技術(shù)作為一種弱電控制強(qiáng)電的媒體，連接了計(jì)算機(jī)與機(jī)電生產(chǎn)設(shè)備，為傳統(tǒng)的工業(yè)新的發(fā)展創(chuàng)造了條件。

2.2提高設(shè)備工作效率，優(yōu)化設(shè)備功能

作為一項(xiàng)不斷優(yōu)化的電子技術(shù)，自身的高頻技術(shù)與變頻技術(shù)將會(huì)通過(guò)發(fā)展不斷地被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中，會(huì)不斷的向更高頻的方向發(fā)展。電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展也會(huì)提高機(jī)電設(shè)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，加強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，創(chuàng)造更多的功能。

2.3優(yōu)化處理方式變革新技術(shù)

電力電子技術(shù)不斷進(jìn)步，尤其是將智能化與原有的信息處理與功率處理合二為一，使得先進(jìn)電力電子技術(shù)與傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)穩(wěn)定的結(jié)合在一起。傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)發(fā)生質(zhì)的轉(zhuǎn)變，會(huì)給社會(huì)生產(chǎn)帶來(lái)前所未有快速發(fā)展。

3電力電子技術(shù)在變頻器中的具體應(yīng)用

隨著電力電子和控制技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的電力電子技術(shù)被應(yīng)用在下游變頻器中。對(duì)于變頻控制器及其驅(qū)動(dòng)的發(fā)展很大程度上都依賴于上游電力電子器件，電力電子器件對(duì)于變頻器起著決定性的作用。沒(méi)有各種現(xiàn)代電力電子器件，就沒(méi)有變頻裝置及其應(yīng)用;沒(méi)有日益擴(kuò)大的電力電子應(yīng)用市場(chǎng)需求強(qiáng)烈的推動(dòng)和促進(jìn)，也不會(huì)出現(xiàn)今天變頻裝置蓬勃發(fā)展的局面。電力電子器件是變頻器的關(guān)鍵所在之一，也就是說(shuō)電力電子器件的好壞決定著變頻器的優(yōu)劣，先進(jìn)的電力電子器件促進(jìn)變頻器的應(yīng)用與發(fā)展。電力電子技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)、工業(yè)和國(guó)防的重要支撐技術(shù)，變頻及其驅(qū)動(dòng)應(yīng)用是電力電子技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)力。電力電子企業(yè)針對(duì)下游變頻市場(chǎng)需求，自主創(chuàng)新研發(fā)一系列的電力電子器件及產(chǎn)品，并結(jié)合先進(jìn)的變頻控制算法提供優(yōu)秀的、節(jié)能的變頻解決方案，滿足不同領(lǐng)域和行業(yè)對(duì)變頻應(yīng)用的市場(chǎng)需求。變頻技術(shù)應(yīng)用于各領(lǐng)域，優(yōu)勢(shì)和節(jié)能效果明顯，應(yīng)用解決方案日趨成熟，市場(chǎng)穩(wěn)步增長(zhǎng)，極大地促進(jìn)了電力電子技術(shù)的發(fā)展，拉動(dòng)了市場(chǎng)的繁榮。變頻產(chǎn)業(yè)的興衰與電力電子技術(shù)有著密切的關(guān)系，包括半導(dǎo)體切換元件、變頻器拓?fù)?、控制及模擬技術(shù)，以及控制硬件的進(jìn)步等。變頻器企業(yè)作為電力電子產(chǎn)業(yè)的下游用戶，過(guò)去一年為我國(guó)電力電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了無(wú)可替代的貢獻(xiàn)，使得整個(gè)變頻控制器產(chǎn)業(yè)鏈上下游產(chǎn)銷(xiāo)兩旺，建立了良好的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)平衡。在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的過(guò)程中，變頻器和電力電子技術(shù)一直是共生共贏、互惠互利的。換句話說(shuō)，電力電子決定變頻器的發(fā)展，反過(guò)來(lái)變頻器又將助力電力電子技術(shù)前行。

4變頻器的應(yīng)用分析

4.1軟啟動(dòng)

異步電動(dòng)機(jī)在全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，其啟動(dòng)電流可達(dá)到額定電流的4～7倍，這會(huì)對(duì)電源形成沖擊，引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。另外，由于啟動(dòng)過(guò)程過(guò)于快速，也會(huì)對(duì)機(jī)械負(fù)載形成沖擊，縮短機(jī)械傳動(dòng)部分的使用壽命。使用變頻器以后，由于其輸出頻率可從很低頻率開(kāi)始，頻率上升的快慢可任意設(shè)定，電機(jī)起動(dòng)電流被限制在額定電流附近，消除啟動(dòng)過(guò)程對(duì)電機(jī)和機(jī)械負(fù)載的沖擊，這種啟動(dòng)特性十分優(yōu)越。

4.2節(jié)能作用

變頻器的節(jié)能作用可以從兩方面來(lái)看待。一類(lèi)是風(fēng)機(jī)或泵類(lèi)負(fù)載中的應(yīng)用，而且流量經(jīng)常根據(jù)使用要求發(fā)生變化時(shí)，還需再配上相應(yīng)的傳感器，與變頻器一起構(gòu)成閉環(huán)回路，才能達(dá)到節(jié)能的目的。另一類(lèi)是當(dāng)負(fù)載功率小于電動(dòng)機(jī)的額定功率時(shí)，其效率隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩的減少而降低，也就是說(shuō)，電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)會(huì)相對(duì)費(fèi)電。而變頻器會(huì)根據(jù)負(fù)載的大小自動(dòng)調(diào)整V/F值，從而使效率得到提高，達(dá)到節(jié)能之目的。

4.3空調(diào)系統(tǒng)

空調(diào)用電一般占城市用電量的30%左右，一般工作在部分負(fù)荷下，而壓縮機(jī)只有在滿負(fù)荷情況下才能達(dá)到最佳效率，所以能耗很大。采用變頻調(diào)速技術(shù)控制壓縮機(jī)，使之能根據(jù)不同房間情況的負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)。這種制冷/制熱系統(tǒng)非常高效、節(jié)能，比傳統(tǒng)不變速空調(diào)節(jié)能了20%。

4.4高次諧波

當(dāng)使用環(huán)境中有晶閘管整流設(shè)備或電源電壓不平衡率超過(guò)3%，則應(yīng)考慮在電源入口側(cè)加裝交流電抗器，以減少電源側(cè)和變頻器之間的相互干擾。例如在電廠工作環(huán)境下，同一母線下工作的設(shè)備比較復(fù)雜，建議采用輸入交流電抗器以提高設(shè)備的使用壽命。

4.5振動(dòng)干擾

變頻器在運(yùn)行的時(shí)候，產(chǎn)生的高次諧波引起的磁場(chǎng)會(huì)對(duì)許多機(jī)械部件產(chǎn)生電磁策動(dòng)力，策動(dòng)力的頻率如果和某些機(jī)械部件的頻率接近或相等，就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。減弱或消除振動(dòng)的方法主要是在變頻器和電動(dòng)機(jī)之間接入交流電抗器，主要是為了減弱變頻器輸出電流中的高次諧波。此電抗器一定要安裝在距離變頻器最近的地方，以減少引線的距離。

4.6能量回饋

變頻器在大慣性負(fù)載的應(yīng)用中容易產(chǎn)生“過(guò)電壓”報(bào)警。該報(bào)警產(chǎn)生的原因在于負(fù)載波動(dòng)引起的能量回饋導(dǎo)致直流電壓過(guò)高從而引起報(bào)警。解決該問(wèn)題主要有兩種方式：加裝制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，這是解決該報(bào)警的根本方法。但是對(duì)于負(fù)載慣量較大、波動(dòng)劇烈的工況，制動(dòng)電阻頻繁工作也會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱報(bào)警。但是往往出現(xiàn)“過(guò)電壓”報(bào)警的根本原因在于轉(zhuǎn)矩提升、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩及電機(jī)參數(shù)設(shè)置不合理所致，這種原因所導(dǎo)致的報(bào)警解決方法是自動(dòng)整定電機(jī)參數(shù)并調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩參數(shù)，即可在不加裝制動(dòng)電阻的情況下，解決“過(guò)壓”報(bào)警問(wèn)題。

5結(jié)語(yǔ)

總之，采用電力電子技術(shù)可以改造傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備，特別是變頻調(diào)速技術(shù)自誕生以來(lái)就在諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。利用變頻器，改變電機(jī)的電源頻率來(lái)對(duì)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。使系統(tǒng)始終處于一種節(jié)能狀態(tài)下運(yùn)行，可節(jié)約大量的能源，更好的適應(yīng)了生產(chǎn)需要。

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