變頻技術(shù)及應(yīng)用-白狼

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1、變頻技術(shù)及其應(yīng)用摘要:變頻技術(shù)是電力電子技術(shù)的主要組成部分,它主要應(yīng)用在交流電機(jī)的調(diào)速和供電電源兩個(gè)領(lǐng)域。變頻技術(shù)的應(yīng)用,極大地減小了裝置的體積,提高了效率,產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益隨著人類科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展,變頻技術(shù)應(yīng)用也愈加廣泛,它促進(jìn)了其他技術(shù)的進(jìn)步,其他技術(shù)的進(jìn)步也帶動(dòng)了變頻技術(shù)的發(fā)展。關(guān)鍵詞:變頻技術(shù):變頻調(diào)速:供電電源1.引言變頻技術(shù)是電力電子技術(shù)的主要組成部分,它主要應(yīng)用在交流電機(jī)的調(diào)速和供電電源兩個(gè)領(lǐng)域。因?yàn)榻涣麟姍C(jī)特別是鼠籠式異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、牢固、制造容易、運(yùn)行環(huán)境不受限制、免維修等使用上的優(yōu)點(diǎn),加之

2、轉(zhuǎn)速快、電壓高、功率大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小等性能上的優(yōu)點(diǎn),倍受用戶青睞。變頻技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展為交流調(diào)速開拓了廣闊的天地,國外交流調(diào)速在電氣傳動(dòng)行業(yè)內(nèi)已占絕對(duì)優(yōu)勢,國內(nèi)雖然直流調(diào)速還在大量使用,但近年來凡新建的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)均采用交流調(diào)速,其發(fā)展勢頭是迅速的。變頻技術(shù)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:將過去用發(fā)電機(jī)、變壓器產(chǎn)生交流電源的地方(如中頻電源、不停電電源等)用變頻電源取代;將計(jì)算機(jī)、電焊機(jī)、電子裝置等用直流電源的地方改為以變頻技術(shù)為核心的開關(guān)電源。2.變頻調(diào)速的類型及發(fā)展現(xiàn)狀所謂變頻就是利用大功率電子器件(如功率晶體管GTR、絕緣柵雙極型功

3、率晶體管IGBT)將50Hz的市電變換為用戶所要求的交流電源或其他電源。它分為直接變頻(或交-交變頻),即把市電直接變成比它頻率低的交流電,大量用在大功率的交流調(diào)速中，間接變頻(或交-直-交變頻),即先將市電整流成直流,再變頻為要求頻率的交流,它又分為諧振變頻和方波變頻。前者主要用于中頻加熱。方波變頻又分為等幅等寬和SPWM變頻。變頻電焊機(jī)和開關(guān)電源采用等幅等寬變頻。交流調(diào)速要求變頻器的輸出盡可能接近正弦波,所以多采用SPWM變頻,目前這方面的技術(shù)已很成熟。常用的方法有正弦波(調(diào)制波)與三角波(載波)比較的SPWM法、磁場跟

4、蹤式SPWM法和等面積SPWM法等。在控制上都用16位或32位微機(jī)。8X196MC單片機(jī)是專為變頻調(diào)速開發(fā)的,目前應(yīng)用很廣泛。電力電子器件多用IGBT,最大視在功率可達(dá)540kVA,能驅(qū)動(dòng)485kW的電機(jī),但一般是用在300kW以下的中、小功率段。IGBT允許的開關(guān)頻率可達(dá)幾十千赫茲,在通用變頻器中,一般不追求過高的開關(guān)頻率,常用8kHz以下。近來開發(fā)了一種IGCT(集成門極換相晶閘管),它的電流、電壓和通態(tài)壓降與GTO相同,而開關(guān)頻率和觸發(fā)功率與IGBT相當(dāng),是開發(fā)大功率、中電壓的理想變頻器件。目前在開發(fā)中、小功率,頻率4

5、00Hz以上的單、三相正弦波電源上,還存在技術(shù)難題,有待進(jìn)一步研究。用于開關(guān)電源和電焊機(jī)電源的變頻技術(shù),主要追求高的開關(guān)頻率。中功率段多用IGBT,小功率要用MOSFET,頻率可達(dá)100MHz以上。高的開關(guān)頻率帶來高的開關(guān)損耗,為此,必須采用軟開關(guān)技術(shù)。目前用軟開關(guān)技術(shù)開發(fā)的開關(guān)電源頻率達(dá)10MHz,功率密度達(dá)7.32Wcm3,效率達(dá)90%。3.變頻技術(shù)在交流調(diào)速中的應(yīng)用電動(dòng)機(jī)的調(diào)速分工藝調(diào)速和節(jié)能調(diào)速兩大類。工藝調(diào)速指生產(chǎn)工藝要求的調(diào)速,例如,軋鋼機(jī)、造紙機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、機(jī)床、電梯等。這類調(diào)速的指標(biāo)較高,即要求有寬的調(diào)速范

6、圍,小的靜差率,快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。目前這類調(diào)速多采用變頻變壓(VVVF)的矢量控制方式。市場上出售較高檔次的變頻器一般都具有這種功能。調(diào)速要求較低的場合,也可采用VF等于常值的電壓頻率協(xié)調(diào)控制方式。不論采用何種方式,目前技術(shù)都很成熟。人們關(guān)注的是裝置的小型化、智能化及免維修等功能,此外,設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通訊和多機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)功能,也是發(fā)展的方向。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,電機(jī)的調(diào)速將與企業(yè)的生產(chǎn)管理結(jié)合起來,國外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)以網(wǎng)絡(luò)方式控制,國內(nèi)正在研究、推廣應(yīng)用。在工藝調(diào)速中,正在發(fā)展的調(diào)速方式是直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻調(diào)速。直接轉(zhuǎn)矩控制避免了復(fù)雜矢量變換

7、運(yùn)算,直接由定子空間矢量分析三相電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,并決定其控制量。它強(qiáng)調(diào)的不是獲得理想的正弦波形,而是轉(zhuǎn)矩的直接控制效果。因此,它的PWM波形直接由轉(zhuǎn)矩決定,其準(zhǔn)確性和快速性比矢量控制更優(yōu)越,必將獲得廣泛應(yīng)用。交流電機(jī)的節(jié)能調(diào)速,應(yīng)用量很大。我國目前發(fā)電總量的63%是用于電機(jī),其中風(fēng)機(jī)、水泵就占31%。若都采用節(jié)能調(diào)速可節(jié)電30%~40%。其節(jié)電效果是很可觀的。一般中小功率的風(fēng)機(jī)、水泵直接用通用變頻器。我國大多數(shù)大型風(fēng)機(jī)水泵所用電動(dòng)機(jī)都是3000~6000V的中壓電機(jī),變頻調(diào)速難以用到這個(gè)電壓段,只待IGCT變頻器的發(fā)展。在

8、這一電壓段的節(jié)能調(diào)速多采用線繞式異步電機(jī)的串調(diào)或雙饋調(diào)速,因轉(zhuǎn)子電壓低容易與器件的電壓匹配。但線繞式異步電機(jī)有滑環(huán),維修麻煩,也不受歡迎?，F(xiàn)在國外在開發(fā)一種無刷雙饋電機(jī),它有兩套定子繞組,一套接中壓電網(wǎng),另一套為控制繞組,相當(dāng)于線繞式異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組,接串調(diào)或雙饋裝置實(shí)現(xiàn)調(diào)速,效果很好,