變頻器工作原理與選型知識

1、異步機變頻調(diào)速已得到廣泛的應(yīng)用。變頻器的花樣種類繁多，變頻器的供應(yīng)商們?yōu)榱送其N自己的產(chǎn)品，都大力宣傳自己的優(yōu)點，其他產(chǎn)品的缺點，使人眼花繚亂。變頻器的應(yīng)用者在選用時經(jīng)常提出許多如何合理應(yīng)用及方案比較的問題，變頻器的開發(fā)者在方案論證時也常提出產(chǎn)品定位及前景方面的問題。作者根據(jù)自己多年來在該領(lǐng)域中的體會，就下面幾個問題談?wù)勛约旱目捶?。各種產(chǎn)品，只要它們在市場上站得住腳，就必然有它們各自的優(yōu)點和缺點。市場是無情的，如果都是缺點，該產(chǎn)品必然被淘

2、汰，若都是優(yōu)點它必然淘汰別人。作者希望通過本論壇引起討論，去掉商業(yè)炒作，還事物以本來面目。以下均為個人看法，僅供參考。涉及一些價格，均為做方案比較用的價格，不是實際購物價格，不涉及商業(yè)行為。(1)大功率節(jié)能調(diào)速的合理電壓等級大中功率風機和泵采用變頻調(diào)速可節(jié)約大量電能，大部分功率在0.22MW范圍內(nèi)。我們現(xiàn)在200KW以上的電機多是中壓，電壓等級多為10KV，少量為6KV。選用10KV“直接”變頻，從技術(shù)和經(jīng)濟角度看都不合理。所有的“直接

3、”變頻都不是真正的直接變頻，在其輸入側(cè)都有變壓器，因此電機和變頻器沒有必要和電網(wǎng)電壓一致。本文討論不同功率段的合理電壓等級。(2)高性能調(diào)速系統(tǒng)中的矢量控制和直接力矩控制高性能調(diào)速系統(tǒng)中的矢量控制發(fā)明于70年代末，商品化于80年代，至今仍然為多數(shù)公司所采用。直接力矩發(fā)明于80年代后期，部分公司采用，商品化于90年代初，被廣泛宣傳為新一代技術(shù)。本文介紹作者對這兩種系統(tǒng)的看法。(3)有速度(位置)傳感器和無速度(位置)傳感器系統(tǒng)在矢量控制和

4、直接力矩控制系統(tǒng)開發(fā)的初期都要求裝設(shè)速度(位置)傳感器(編碼器)。有些場合安裝編碼器困難，所以又開發(fā)出無速度(位置)傳感器系統(tǒng)，它的性能不如前者，但優(yōu)于Vf開環(huán)系統(tǒng)。現(xiàn)在有些宣傳說，無編碼器系統(tǒng)的低速起動性能已達到有編碼器系統(tǒng)水平，此提法有模糊之處。本文討論什么時候應(yīng)裝編碼器，何時可以不裝編碼器。2大功率節(jié)能調(diào)速傳動的合理電壓等級大中功率風機和泵采用變頻調(diào)速可節(jié)約大量電能，大部分功率在2002000KW范圍中。我們現(xiàn)有的交流電動機200

5、KW是個界限，200KW以下是低壓380V，200KW以上為中壓:3KV、6KV和10KV。電力部門從減小線損的角度出發(fā)，希望提高供電電壓，3KV已取消，6KV正在淘汰中，大力推行10KV，將來還可能提至20KW。用戶從簡化配置出發(fā)，很自然的提出要求，希望200KV以上的電機和變壓器也都采用10KV，不幸這合乎情理的要求技術(shù)上實現(xiàn)困難，經(jīng)濟上價高，因為:B10001500KW以上的調(diào)速可以用中壓變頻國外的中壓變頻器有多個電壓等級:1.1

6、KV，2.3KV3KV4.2KV6KV，它們主要由電力電子器件的電壓等級所確定。在THL中器件不串及SDM中橋不串聯(lián)情況下，器件電壓與變頻器電壓間的關(guān)系示于表1。表1在不串聯(lián)情況下，器件電壓與變頻器電壓間的關(guān)系器件電壓(V)1700330045006000變頻器電壓(KV)1.12.334.2目前器件最高6000V，在不串情況下變頻器最高電壓4.2KV。6KV變頻器必須串聯(lián)，線路復(fù)雜，器件多，可性受影響。國外很少做6KV變頻器，10KV

7、基本不做。從原理上說SDM通過H橋單元串聯(lián)，變頻器輸出電壓不受器件電壓限制，可以較高，但提高電壓的代價是器件大量增加，可性降低。對于同樣輸出功率的變頻器，使用較高電壓較多單元串聯(lián)所花的代價大于用較低電壓，較少數(shù)量，電流較大單元的代價，也就是說在器件電流允許條件下應(yīng)選用盡可能低的電壓等級。許多應(yīng)用場合都要求旁路功能，即在變頻器故障時將電機旁路，直接接入電網(wǎng)恒速工作。為降低變頻器造價，電機電壓低于電網(wǎng)電壓后，如何旁路是一個需要解決的問題。這

8、問題可以解決，對于不同的變頻器旁路方法不同，變頻器的旁路指在變頻器出現(xiàn)故障時將電機直接接入電網(wǎng)，恒速工作。如果電機電壓和電網(wǎng)電壓一致，旁路不成問題。為了降低變頻器造價，電機電壓低于電網(wǎng)電壓后，如何旁路，是這里所要討論的問題。如果采用低壓變頻，變頻器輸入交流電壓與額定輸出電壓一樣，電機可以繞過變頻順直接接低壓380V或660V電源。如果采用THL中壓變頻，可以把輸入變頻器兩副邊串聯(lián)起來向電機供電，參見圖1。當三個轉(zhuǎn)換開關(guān)接“1”時，變頻器

9、工作當三個開關(guān)接“2”時旁路，輸入變壓器的兩組副邊線電壓各等于1.5Vm2（Vm為電機額定輸入電壓），并互差300，把它們串起來后電壓為1.5Vmcos150=1.01Vm，正好供電機恒速工作。如果采用SDM變頻器，輸入變頻器副邊太多，無法通過改變接線來旁路變頻器，只能旁路出故障的單元，經(jīng)觸點將故障單元輸出短路，單元中IGBT封鎖。在這類變頻器設(shè)計時已考慮了旁路單元的工況。如果一定要旁路變頻器，只能另加一臺備用降壓變壓器，這對于在一個電