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变频器的常见种类_变频器是什么_变频器的用途_变频器的工作原理_变频器如何分类_变频器有多少种类?

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1、什么是变频器?

 

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置,能  变频器实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。

 

2、变频器概述

 

变频器(Variable-frequency Drive,VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的,根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压,进而达到节能、调速的目的,另外,变频器还有很多的保护功能,如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高,变频器也得到了非常广泛的应用。

 

3、变频器工作原理

 

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分,变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器,直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器,其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成,将工频电源变换为直流功率的“整流器”,吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”,以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。

 

整流器

 

最近大量使用的是二极管的变流器,它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器,由于其功率方向可逆,可以进行再生运转。

 

平波回路

 

在整流器整流后的直流电压中,含有电源6倍频率的脉动电压,此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动,采用电感和电容吸收脉动电压(电流)。装置容量小时,如果电源和主电路构成器件有余量,可以省去电感采用简单的平波回路。

 

逆变器

 

同整流器相反,逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率,以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。

 

控制电路是给异步电动机供电(电压、频率可调)的主电路提供控制信号的回路,它有频率、电压的“运算电路”,主电路的“电压、电流检测电路”,电动机的“速度检测电路”,将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”,以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。

 

(1)运算电路:将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算,决定逆变器的输出电压、频率。

 

(2)电压、电流检测电路:与主回路电位隔离检测电压、电流等。

 

(3)驱动电路:驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。

 

(4)速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号,送入运算回路,根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。

 

(5)保护电路:检测主电路的电压、电流等,当发生过载或过电压等异常时,为了防止逆变器和异步电动机损坏,使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。

 

4、变频器常见种类及分类

 

单元串联型变频器

 

这是近几年才发展起来的一种电路拓扑结构,它主要由输入变压器、功率单元和控制单元三大部分组成。采用模块化设计,由于采用功率单元相互串联的办法解决了高压的难题而得名,可直接驱动交流电动机,无需输出变压器,更不需要任何形式的滤波器。

 

整套变频器共有18个功率单元,每相由6台功率单元相串联,并组成Y形连接,直接驱动电机。每台功率单元电路、结构完全相同,可以互换,也可以互为备用。

 

变频器的输入部分是一台移相变压器,原边Y形连接,副边采用沿边三角形连接,共18副三相绕组,分别为每台功率单元供电。它们被平均分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三大部分,每部分具有6副三相小绕组,之间均匀相位偏移10度。

 

该变频器的特点如下:
  ① 采用多重化PWM方式控制,输出电压波形接近正弦波。
  ② 整流电路的多重化,脉冲数多达36,功率因数高,输入谐波小。
  ③ 模块化设计,结构紧凑,维护方便,增强了产品的互换性。
  ④ 直接高压输出,无需输出变压器。
  ⑤ 极低的dv/dt输出,无需任何形式的滤波器。
  ⑥ 采用光纤通讯技术,提高了产品的抗干扰能力和可靠性。
  ⑦ 功率单元自动旁通电路,能够实现故障不停机功能。

 

随着现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展,促进了电气传动的技术革命。交流调速取代直流调速,计算机数字控制取代模拟控制已成为发展趋势。交流电机 变频调速是当今节约电能,改善生产工艺流程,提高产品质量,以及改善运行环境的一种主要手段。变频调速以其高效率,高功率因数,以及优异的调速和启制动性能等诸多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

 

以前的高压变频器,由可控硅整流,可控硅逆变等器件构成,缺点很多,谐波大, 对电网和电机都有影响。近年来,发展起来的一些新型器件将改变这一现状,如IGBT、IGCT、SGCT等等。由它们构成的高压变频器,性能优异,可以实 现PWM逆变,甚至是PWM整流。不仅具有谐波小,功率因数也有很大程度的提高。

 

按变换的环节分类:

 

(1)交-直-交变频器,则是先把工频交流通过整流器变成直流,然后再把直流变换成频率电压可调的交流,又称间接式变频器,是目前广泛应用的通用型变频器。

 

(2)可分为交-交变频器,即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流,又称直接式变频器

 

按直流电源性质分类:

 

(1)电压型变频器

 

电压型变频器特点是中间直流环节的储能元件采用大电容,负载的无功功率将由它来缓冲,直流电压比较平稳,直流电源内阻较小,相当于电压源,故称电压型变频器,常选用于负载电压变化较大的场合。

 

(2)电流型变频器

 

电流型变频器特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节,缓冲无功功率,即扼制电流的变化,使电压接近正弦波,由于该直流内阻较大,故称电流源型变频器(电流型)。电流型变频器的特点(优点)是能扼制负载电流频繁而急剧的变化。常选用于负载电流变化较大的场合。

 

按主电路工作方法分类:电压型变频器、电流型变频器

 

按照工作原理分类:可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等

 

按照开关方式分类:可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器

 

按照用途分类:可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。此外,变频器还可以按输出电压调节方式分类,按控制方式分类,按主开关元器件分类,按输入电压高低分类。

 

按变频器调压方法:

 

⑴、PAM变频器是一种通过改变电压源Ud 或电流源Id的幅值进行输出控制的。
  ⑵、PWM变频器方式是在变频器输出波形的一个周期产生个 脉冲波个脉冲,其等值电压为正弦波,波形较平滑。
  按工作原理分:
  ⑴、U/f控制变频器(VVVF控制)
  ⑵、SF控制变频器(转差频率控制)
  ⑶、VC控制变频器(Vectory Control 矢量控制)。
  按国际区域分类:
  ⑴、国产变频器:安邦信、浙江三科、欧瑞传动、森兰、英威腾、蓝海华腾、迈凯诺、伟创、美资易泰帝;
  ⑵、欧美变频器:ABB、西门子、日本变频器富士三菱、韩国变频器、台湾变频器台达、香港变频器。
  按电压等级分类:
  ⑴、高压变频器:3KV、6KV、10KV
  ⑵、中压变频器:660V、1140V
  ⑶、低压变频器:220V、380V
  按电压性质分类:
  ⑴、交流变频器:AC-DC-AC(交-直-交)、AC-AC(交-交)
  ⑵、直流变频器:DC-AC(直-交)

 

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