變頻器工作原理

變頻器定義及工作原理概述變頻器是把工頻電源（50Hz或60Hz）變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來(lái)說(shuō)，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。變頻調(diào)速是通過(guò)改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的需要而誕生的。20世紀(jì)60年代以后，電力電子器件經(jīng)歷了SCR（晶閘管）、GTO（門極可關(guān)斷晶閘管）、BJT（雙極型功率晶體管）、MOSFET（金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管）、SIT（靜電感應(yīng)晶體管）、SITH（靜電感應(yīng)晶閘管）、MGT（MOS控制晶體管）、MCT（MOS控制晶閘管）、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）、HVIGBT（耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管）的發(fā)展過(guò)程，器件的更新促進(jìn)了電力電子變換技術(shù)的不斷發(fā)展。20世紀(jì)70年代開始，脈寬調(diào)制變壓變頻（PWM-VVVF）調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀(jì)80年代，作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問(wèn)題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀(jì)80年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國(guó)家的VVVF變頻器已投入市場(chǎng)并獲得了廣泛應(yīng)用。變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器;按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器;按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等;按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。VVVF：改變電壓、改變頻率CVCF:恒電壓、恒頻率。各國(guó)使用的交流供電電源，無(wú)論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率均為400V/50Hz或200V/60Hz（50Hz），等等。通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。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(DC)。用于電機(jī)控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。變頻器的工作原理我們知道，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位：n=60f(1-s)/p(1)式中n 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f 異步電動(dòng)機(jī)的頻率；s 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；p 電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。由式(1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0?50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。變頻器控制方式低壓通用變頻輸出電壓為380?650V，輸出功率為0.75?400kW，H作頻率為0?400Hz，它的主電路都采用交一直一交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。1U/f=C的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒(méi)有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會(huì)隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)機(jī)艙：機(jī)艙包容著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備，包括齒輪箱、發(fā)電機(jī)。維護(hù)人員可以通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔進(jìn)入機(jī)艙。機(jī)艙左端是風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，即轉(zhuǎn)子葉片及軸。轉(zhuǎn)子葉片：捉獲風(fēng)，并將風(fēng)力傳送到轉(zhuǎn)子軸心?，F(xiàn)代600千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的測(cè)量長(zhǎng)度大約為20米，而且被設(shè)計(jì)得很象飛機(jī)的機(jī)翼。軸心：轉(zhuǎn)子軸心附著在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低速軸上。低速軸：風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低速軸將轉(zhuǎn)子軸心與齒輪箱連接在一起。在現(xiàn)代600千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相當(dāng)慢，大約為19至30轉(zhuǎn)每分鐘。軸中有用于液壓系統(tǒng)的導(dǎo)管，來(lái)激發(fā)空氣動(dòng)力閘的運(yùn)行。齒輪箱：齒輪箱左邊是低速軸，它可以將高速軸的轉(zhuǎn)速提高至低速軸的50倍。高速軸及其機(jī)械閘：高速軸以1500轉(zhuǎn)每分鐘運(yùn)轉(zhuǎn)，并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。它裝備有緊急機(jī)械閘，用于空氣動(dòng)力閘失效時(shí)，或風(fēng)力發(fā)電機(jī)被維修時(shí)。發(fā)電機(jī)：通常被稱為感應(yīng)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)。在現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，最大電力輸出通常為500至1500千瓦。偏航裝置：借助電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)艙，以使轉(zhuǎn)子正對(duì)著風(fēng)。偏航裝置由電子控制器操作，電子控制器可以通過(guò)風(fēng)向標(biāo)來(lái)感覺(jué)風(fēng)向。圖中顯示了風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航。通常，在風(fēng)改變其方向時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)一次只會(huì)偏轉(zhuǎn)幾度。電子控制器：包含一臺(tái)不斷監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)的計(jì)算機(jī)，并控制偏航裝置。為防止任何故障（即齒輪箱或發(fā)電機(jī)的過(guò)熱），該控制器可以自動(dòng)停止風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)電話調(diào)制解調(diào)器來(lái)呼叫風(fēng)力發(fā)電機(jī)操作員。液壓系統(tǒng)：用于重置風(fēng)力發(fā)電機(jī)的空氣動(dòng)力閘。冷卻元件：包含一個(gè)風(fēng)扇，用于冷卻發(fā)電機(jī)。此外，它包含一個(gè)油冷卻元件，用于冷卻齒輪箱內(nèi)的油。一些風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有水冷發(fā)電機(jī)。塔：風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔載有機(jī)艙及轉(zhuǎn)子。通常高的塔具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)殡x地面越