變頻技術(shù)的常見類型

  從工作原理上講,變頻技術(shù)就是把工頻交流電變成不同頻率的交流電,或是把直流電逆變成不同頻率的交流電,也可以把交流電變成直流電再通變成不同頻率的交流電等。在這些變化過程中,往往看重的是電源頻率的變化,而不重視電源其他參數(shù)的變化。

  下面介紹變頻技術(shù)的幾種常見類型。

  (1)交-直變頻技術(shù),即整流技術(shù)。這種變頻技術(shù)是通過二極管整流和續(xù)流或晶閘管、功率晶體管可控整流,實現(xiàn)交-直變換。這種變換技術(shù)多用于工頻整流。

  (2)直-直變頻技術(shù),即斬波技術(shù)。這種變頻技術(shù)是通過改變功率半導(dǎo)體器件的通斷時間,即改變功率半導(dǎo)體器件驅(qū)動電路觸發(fā)脈沖的頻率,或通過改變功率半導(dǎo)體器件驅(qū)動電路觸發(fā)脈沖的寬度,從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)直流平均電壓的目的。

  (3)直-交變頻技術(shù),即逆變技術(shù)。這種變頻技術(shù)是振蕩器利用電子放大器件將直流電變成不同頻率的交流電,它的關(guān)鍵技術(shù)是逆變器,而逆變器就是利用功率開關(guān)進行直流變交流,并改變頻率的變換裝置。

  (4)交-直交變頻技術(shù)。這種技術(shù)采用了多種拓撲結(jié)構(gòu),由于其存在著中間低壓環(huán)節(jié),所以具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜.效率低、可靠性差等欲點。但由于其發(fā)展較早,技術(shù)也比較成熟,所以目前仍得到廣泛應(yīng)用。隨著中壓變頻技術(shù)的發(fā)展,特別是新型大功率可關(guān)斷器件的研制成功,中壓變頻技術(shù)由于沒有中間低壓環(huán)節(jié),因而在結(jié)構(gòu)上有著廣闊的發(fā)展前景。

  (5)交-交變頻技術(shù),即移相技術(shù)。這種變頻技術(shù)是通過調(diào)整功率半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通與關(guān)斷時間,即改變功率半導(dǎo)體器件驅(qū)動電路觸發(fā)脈沖的延遲角,來達到交流無觸點開關(guān),調(diào)壓,調(diào)光、調(diào)速等目的，交-交變頻是早期變頻的主要形式,適用于低轉(zhuǎn)速大容量的電動機負載.由于交-交變頻技術(shù)的主電路開關(guān)器件處于自然關(guān)斷狀態(tài),不存在強迫換流問題,所以第一代電力電子器件晶閘管就能完全滿足要求。

  變頻技術(shù)的典型應(yīng)用

  1)變頻技術(shù)在自動生產(chǎn)線上的應(yīng)用

  變頻器的最初用途是速度控制,應(yīng)用變頻調(diào)速時,可以大大提高電動機轉(zhuǎn)速的控制精度,使電動機在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運行,因此,在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。

  自動生產(chǎn)線大多具有Profibus網(wǎng)絡(luò)和 BICO控制功能,通過工業(yè)控制計算機和PLC,利用Profibus網(wǎng)絡(luò)控制及變頻器外部端子兩種控制方法,對變頻器進行自動和手動控制。正常時采用第一命令數(shù)據(jù)組CDS進行Profibus網(wǎng)絡(luò)控制(自動控制);網(wǎng)絡(luò)有故障時采用第二命令數(shù)據(jù)組,即變頻器外部端子控制(手動控制)。在實際應(yīng)用中所有變頻器都安裝了Proibus模板、BOP操作面板。在硬件設(shè)置上,開關(guān)最輸入1作為第一命令數(shù)據(jù)組CDS的輸入信號;開關(guān)量輸人2作為第二命令數(shù)據(jù)組的變頻器起動,停止信號;開關(guān)量輸入3作為第二命令數(shù)據(jù)組的變頻器電動電位計升高信號;開關(guān)量輸人4作為第二命令數(shù)據(jù)的變頻器電動電位計降低信號。變頻器運行的各種狀態(tài)及現(xiàn)行值均通過網(wǎng)絡(luò)傳送到PLC,再經(jīng)過工業(yè)控制計算機顯示及控制。

  2)變頻技術(shù)在民用產(chǎn)品中的應(yīng)用

  隨著人們生活水平的不斷提高,像變頻空調(diào)、微波爐、冰箱、洗衣機、節(jié)能燈等家電已走人普通家庭。例如,中央空調(diào)已在賓館、飯店、工礦、企業(yè)、辦公樓等處被廣泛應(yīng)用。中央空調(diào)的主要設(shè)備是風(fēng)機、水泵。對風(fēng)機、水泵類負載可采用變頻器進行控制,常用的變頻器是變轉(zhuǎn)矩變頻器,可省電30%-60%,同時還可延長空調(diào)的使用壽命。在控制過程中,使用溫濕度傳感器和微機閉環(huán)控制,使工作場合的溫度更穩(wěn)定。空調(diào)電動機一般為380V、15一55kW。變頻器可采用三相輸人、三相輸出或單相輸入、三相輸出交-交變頻電路。變頻器除了在工業(yè)控制領(lǐng)域得到應(yīng)用外,在普通家庭中,節(jié)約電費、提高家電性能和保護環(huán)境等方面也受到人們的關(guān)注,變頻家電成為變頻器的另一個廣闊市場和應(yīng)用趨勢。家用空調(diào)一般是在輕負載情況下運行的。采用變頻器的容量控制,在負載下降時,變頻器的頻率降低,使壓縮機壓縮能力下降:以此來保持壓縮機壓縮能力與負載的平衡。在利用變頻器的變頻控制使壓縮機轉(zhuǎn)速下降時，由于熱交換器容量相對于壓縮機容量的比率增加,因此,壓縮機是高效率運行,特別是輕負載時更為顯著。

  例如,變頻洗衣機利用調(diào)速控制技術(shù)對電動機、動力傳動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)進行變頻控制。它在開始工作的短時間內(nèi),選用低水位洗滌;衣服在底部浮不起來,在底部單位面積的重最較大,洗滌劑濃度比較高;此時采用低速較好;若此時使用較高轉(zhuǎn)速洗,會對衣服造成損壞。變頻洗衣機可實現(xiàn)無級調(diào)速,使用理想的程序洗滌衣服。

  3)變頻技術(shù)在高層供水中的應(yīng)用

  隨著城市高層建筑供水問題的日益突出,保持供水壓力恒定、提高供水質(zhì)量、保證供水可靠性和安全性是相當重要的。恒壓供水自動控制系統(tǒng)工作時,設(shè)備通過安裝在供水管網(wǎng)上的高靈敏度壓力傳感器來檢測供水管網(wǎng)在用水量變化時的壓力變化,自動調(diào)節(jié)峰谷用水量,保證供水管網(wǎng)壓力恒定,以滿足用戶用水的需求。同時可以實現(xiàn)在線調(diào)整,無水自動停泵,低水壓全速運行,變頻泉轉(zhuǎn)速、管網(wǎng)壓力數(shù)碼顯示,過電流保護及工作電流顯示,變頻器故障顯示,蜂鳴器、電鈴報警,供水管網(wǎng)過水壓自動停泵并報警,一次水不足自動停泉等。由于變頻器的使用,使泵轉(zhuǎn)速下降,出口壓力降低,減少了機被磨損,降低了維修的工作量,延長了設(shè)備的使用壽命,提高了功率因數(shù),避免了電動機直接工頻使用時大電流對電動機線圈和電網(wǎng)的沖擊。另外,電動機和泵共同組合為一體,它既是動力源,又是供水調(diào)節(jié)機構(gòu),降低了工人的勞動強度。

  4)變頻技術(shù)在電梯中的應(yīng)用

  變頻器在電梯控制系統(tǒng)中的作用可以分為以下幾點。

  (1)通過調(diào)節(jié)變頻器的調(diào)制頻率,可以使電梯靜音運行。

  (2)S曲線的設(shè)定保證了電梯平滑運行,提高了乘坐舒適感。

  (3)采用了高性能的矢量控制,轎廂可以快速平穩(wěn)地運行。

  (4)變頻器的高力矩輸出和過載能力保證電梯可靠、無跳閘運行。

  (5)電梯采用變頻器控制,減少了電梯的機械維護量。

  5)變頻技術(shù)在照明中的應(yīng)用

  全球經(jīng)濟發(fā)展過程中;能源的緊張不僅制約了經(jīng)濟的增長,也給許多發(fā)達國家的發(fā)展帶來了相當大的問題。變頻電源的應(yīng)用使得照明技術(shù)、高頻逆變技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。以節(jié)能為目的:變頻器廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。在我國實施的“綠色照明工程”中,變頻電子節(jié)能燈是主要推廣項目。

  普通的自熾燈光效為10Im/W左右,壽命約為2 000 h。由于白織燈工作時的燈絲溫度很高,大部分的能量都以紅外輻射的形式浪費掉。而節(jié)能燈工作時燈絲的溫度在衛(wèi)1 160K左右,比自熾燈工作的溫度(2 200~2 700K)低很多,所以它的壽命提高到5 000 h以上。由于節(jié)能燈不存在白熾燈那樣的電流熱效應(yīng),所以熒光粉的能量轉(zhuǎn)換效率也很高,達到60 Lm/W以上,僅鎮(zhèn)流器一項即可省電20%,再配上稀土三基色高效節(jié)能燈,比普通的白熾燈省電60%~80%，比普通的節(jié)能燈省電25%~50%。

  6)變頻技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用

  電力電子技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電投術(shù)中起到了重要作用,尤其是對于恒定速度、可變速度風(fēng)力渦輪機和電網(wǎng)的接口技術(shù)至關(guān)重要。由于風(fēng)速是不斷變化的,因此,基于風(fēng)力電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量和可靠性只能依據(jù)當時的風(fēng)速來預(yù)測,最佳的控制方案需要功率調(diào)節(jié)才能制定。

  變速風(fēng)力發(fā)電機組根據(jù)風(fēng)速變化使機組保持最佳葉尖速比,從而獲得最大風(fēng)能。另外，由于變速風(fēng)力發(fā)電機組與電網(wǎng)實現(xiàn)了柔性連接,大大減少了機械沖擊和對電網(wǎng)的沖擊。因此,采用變速風(fēng)力發(fā)電機組已成為利用風(fēng)力發(fā)電機組的主流。

  到目前為止,變須器已經(jīng)在工業(yè)制造、鋼鐵、有色冶金、油田、煉油、石化、化工、紡織印染、醫(yī)藥、造紙、卷煙、高層建筑、建材、家用電器、數(shù)控技術(shù)及機被行業(yè)等須域得到廣泛的應(yīng)用,而目隨著智能型、環(huán)保型變放器的出現(xiàn).變頻器的應(yīng)用領(lǐng)硬正在不斷擴大。其主要發(fā)展方向有以下幾項。

  (1)實現(xiàn)高水平的自動控制。

  (2)開發(fā)節(jié)能變典器。

  (3)能夠使得控制裴置小型化。

  (4)實現(xiàn)高速度的數(shù)字控制。

  (5)能夠利用模擬器與計算機輔助設(shè)計進行網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場控制。