變頻器工作原理與選型知識(shí)

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

2、汰，若都是優(yōu)點(diǎn)它必然淘汰別人。作者希望通過(guò)本論壇引起討論，去掉商業(yè)炒作，還事物以本來(lái)面目。以下均為個(gè)人看法，僅供參考。涉及一些價(jià)格，均為做方案比較用的價(jià)格，不是實(shí)際購(gòu)物價(jià)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(jí)大中功率風(fēng)機(jī)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(jī)多是中壓，電壓等級(jí)多為10KV，少量為6KV。選用10KV“直接”變頻，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)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(jī)和變頻器沒(méi)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(jí)。(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(duì)這兩種系統(tǒng)的看法。(3)有速度(位置)傳感器和無(wú)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(kāi)發(fā)的初期都要求裝設(shè)速度(位置)傳感器(編碼器)。有些場(chǎng)合安裝編碼器困難，所以又開(kāi)發(fā)出無(wú)速度(位置)傳感器系統(tǒng)，它的性能不如前者，但優(yōu)于Vf開(kāi)環(huán)系統(tǒng)?，F(xiàn)在有些宣傳說(shuō)，無(wú)編碼器系統(tǒng)的低速起動(dòng)性能已達(dá)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(shí)候應(yīng)裝編碼器，何時(shí)可以不裝編碼器。2大功率節(jié)能調(diào)速傳動(dòng)的合理電壓等級(jí)大中功率風(fēng)機(jī)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(dòng)機(jī)200

5、KW是個(gè)界限，200KW以下是低壓380V，200KW以上為中壓:3KV、6KV和10KV。電力部門(mén)從減小線(xiàn)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(lái)還可能提至20KW。用戶(hù)從簡(jiǎn)化配置出發(fā)，很自然的提出要求，希望200KV以上的電機(jī)和變壓器也都采用10KV，不幸這合乎情理的要求技術(shù)上實(shí)現(xiàn)困難，經(jīng)濟(jì)上價(jià)高，因?yàn)?B10001500KW以上的調(diào)速可以用中壓變頻國(guó)外的中壓變頻器有多個(gè)電壓等級(jí):1.1

6、KV，2.3KV3KV4.2KV6KV，它們主要由電力電子器件的電壓等級(jí)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(xiàn)路復(fù)雜，器件多，可性受影響。國(guó)外很少做6KV變頻器，10KV

7、基本不做。從原理上說(shuō)SDM通過(guò)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(jià)是器件大量增加，可性降低。對(duì)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(jià)大于用較低電壓，較少數(shù)量，電流較大單元的代價(jià)，也就是說(shuō)在器件電流允許條件下應(yīng)選用盡可能低的電壓等級(jí)。許多應(yīng)用場(chǎng)合都要求旁路功能，即在變頻器故障時(shí)將電機(jī)旁路，直接接入電網(wǎng)恒速工作。為降低變頻器造價(jià)，電機(jī)電壓低于電網(wǎng)電壓后，如何旁路是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。這

8、問(wèn)題可以解決，對(duì)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(shí)將電機(jī)直接接入電網(wǎng)，恒速工作。如果電機(jī)電壓和電網(wǎng)電壓一致，旁路不成問(wèn)題。為了降低變頻器造價(jià)，電機(jī)電壓低于電網(wǎng)電壓后，如何旁路，是這里所要討論的問(wèn)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(jī)可以繞過(guò)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(lái)向電機(jī)供電，參見(jiàn)圖1。當(dāng)三個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)接“1”時(shí)，變頻器

9、工作當(dāng)三個(gè)開(kāi)關(guān)接“2”時(shí)旁路，輸入變壓器的兩組副邊線(xiàn)電壓各等于1.5Vm2（Vm為電機(jī)額定輸入電壓），并互差300，把它們串起來(lái)后電壓為1.5Vmcos150=1.01Vm，正好供電機(jī)恒速工作。如果采用SDM變頻器，輸入變頻器副邊太多，無(wú)法通過(guò)改變接線(xiàn)來(lái)旁路變頻器，只能旁路出故障的單元，經(jīng)觸點(diǎn)將故障單元輸出短路，單元中IGBT封鎖。在這類(lèi)變頻器設(shè)計(jì)時(shí)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(tái)備用降壓變壓器，這對(duì)于在一個(gè)電