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变频器的发展种类

2015/8/19 9:51:21      点击:

 交流异步电动机,特别是笼型异步电动机,与直流电动机相比具有结构简单、价格低廉、坚固耐用、单机容量大、对环境要求不苛刻、维护方便等优点‘,以往,交流电动机的调速性能比直流电动机的调速性能差很多,因此在高性能的电气传动中均以直流传动为主。随着高电压、大电流的晶闸管、可关断晶问管(删)、功率晶体管(Gw)、功率M()S场效应晶体管(MoSFYT)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)的不断发展,使功率变换器的容量提高、体积缩小,并能适应高速度和高频工作,为各种高性能交流调速方案提供了必要的条件。另一。方面,由于微机的迅猛发展,使得建筑在现代控制理论或其它一些复杂控制算法基础上的控制原理得以快速在线计算及进行优化处理,从而使过去认为只能在理论上成立而实际无法实现的控制原理实用化。因此使过去许多不可能实现的交流调速方案得以实现,而且性能不断提高,价格不断下降。

    鉴于以k理由,目前交流调速传动已进入与直流调速传动相媲美、相竞争的年代。据日本早期统计.1975年销售的交流调速装置与直流调速装置之比为1:3,而到1985年,两者的比例则成为3:1。此趋势近十几年来发展更快,交流调速将可能取代直流调速,占据主导地位。

    因为交流异步电动机的转速为:

    n=60f1/p(1-s)

式中,‘s为转差率;p为极对数;f1为定子频率。

  所以异步电动机的调速方法可以有改变‘、改变9、改变人三种方法。改变转差率可以通过调节定子电压、转子电阻等方法实现。调压调速是依靠改变加于异步机定子的端电压以改变转差率进行调速的,因方法简单所以易于实现。但是靠改变转差率对异步电动机进行调运时,由于低速时转差率大.转差损耗大,电动机发热严重且效率低。

    采用变频器的笼型异步电动机调速传动,由于使用方便,且受惠于继续迅猛发展的电力电子技术、微电子技术和控制理论,因此期待在性能、操作性、维修性和经济性等方面会有进一步的提高,并将逐步推广起来。

    三、变频器的发展

    变频器的发展史实际上是电力电子技术、微电子技术、控制技术的发展史。品闸管供电的直流电动机系统校采用之后,1970年品闸管被用作变频器主回路中的高速开关元件o1972年电压型变频器被纺织行业采用,其后电流型变频器等品闸管变频器开始实用化。1975年电力晶体管、1980年电力晶体管模块及真正的门0(可关断晶闸管)的开始生产,1981年取得了急速的发展,使实际通用型变频器得以完成。有了变频器主回路用开关元件的系列,使选择最适合容量的元件以及不用辅助电路而使主回路高速通断成为可能。因此,变频器在经济性、控制性、效率等方面有了较大的提高。特别是在通用变频器应用领域,由十晶体管模块的采用和控制回路、控制技术的进展,使特性优良的正弦波FwM型变频器占领主要地位。

    微电子技术开始于晶体管放大器的实用化,进入数字控制时代,它经过模拟控制时代伎复杂的控制容易实现,使可靠性、操作性、维修性等功能得以充实。通用化中起到了很大的作用。因此,它在变频器的通用化中起到了很大的作用。

    变频器的控制开始于电压与频率成比例的异步电动机调速传动。这种控制在电动机的解析技、仿真技术及控制理论等控制技术方—N也取得较大的进步。此进步与电力电子与微电子技术的发展相结合,实现了矢量控制等的快速响应和高性能。

   变频器的分类

    变频调速是以变额器向交流电动机供电.并构成开环或闭环系统。变频器是把固定电压、固定额率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电的变换器。变换过程中没有中间直流环节的.称为交—交变频器,有中间直流环节的称为交—直—交变频器。直流可以认为是频率为零的交流,由直流变为定频定比或调频调压交流电的变换器,称为逆变器。因此,交·直—交变频器通常由整流器(Ac—DC变换)、中间直流储能电路和逆变器三部分构成。变频器种类多样。

    电压型PwM方式交—直—交变频器发展最抉,其原因为,一是变频器所用的半导体开关器件不断发展,二是PwM控制技术的不断完善。

    日本国内通用变频器的主流是正弦波尸wM型晶体管变频器。欧洲、美国的主流是晶闸管变频器。从控制方法的难易和特性方面看,其倾向是数百kvA以下适用晶体管变频器,以上则适用GID变频器或品闸管变频器。在控制方式上,一般为通用的v/f控制。对于需要快速响应的场合,采用电流型变频器的矢量控制或者采用正弦波PwM型晶体管变频器等进行电流控制的矢量控制已被实用化。对于中小容量,后者成为主流。

   1,交—交变频器

  交—交变频挠是将普通恒压恒频的三相交流电(通常为电压380V、频率50赫兹)通过电力变流器直接转换为可调压调频的三相交流电源,故又称为直接交流变频器。

 ,2,交—直—交变频器

    通过改变可控整流器品间管控制角nJ调节电动机供电电压的幅值;改变子相逆变器开关元件的切换频率可调下电动机供电额率。当外天元件采用品闸管,则切换时需解决晶闸管的换流问题。然而先进的开关元件(例如门飞、G凹、MDSHx、IG段r等,前已叙述)的使用使三相逆变器开关元件的切换控制得到大大的简化,且切换频率可以提高,切换开关损耗减小,从而提高了变频调速的性能指标。

 ,3,脉宽调制(PWM)型变频器

      采用可控整流器调压时存在调压靠整流器,调频靠逆变器,在低压时电网功率因数很电网供电波形畸变较大,调运时动态响应慢,噪声大且低速时稳定性差等缺点,所以调调频都由逆变器依靠脉冲宽度调制(PwM)技术控制来实现。脉冲宽度调制变频控制技术是70年代后期发展起来的,目前已获得广泛的应用。

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