變頻定義及應用
時(shí)間:2012/3/25 來(lái)源:浙江揚子江泵業(yè)有限公司
變頻就是改變供電頻率。英譯:frequency conversion 變頻技術(shù)的核心是變頻器,它通過(guò)對供電頻率的轉換來(lái)實(shí)現電動(dòng)機運轉速度率的自動(dòng)調節,把50Hz的固定電網(wǎng)頻改為30—130 Hz的變化頻率。同時(shí),還使電源電壓適應范圍達到142—270V,解決了由于電網(wǎng)電壓的不穩定而影響電器工作的難題。 通過(guò)改變交流電頻的方式實(shí)現交流電控制的技術(shù)就叫變頻技術(shù)。
變頻技術(shù)是應無(wú)級調速的需要而誕生的
20世紀60年代后半期開(kāi)始,電力電子器件從SCR(晶閘管)、GTO(門(mén)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)效應管)、SIT(靜電感應晶體管)、SITH(靜電感應晶閘管)、MGT(MOS控制晶體管)、MCT(MOS控制品閘管)發(fā)展到今天的IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管),器件的更新促使電力變換技術(shù)的不斷發(fā)展。20世紀70年代開(kāi)始,脈寬調制變壓變頻(PWM—VVVF)調速研究引起了人們的高度重視。20世紀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(zhù)人們的濃厚興趣,并得出諸多優(yōu)化模式,其中以鞍形波PWM模式效果佳。20世紀80年代后半期開(kāi)始,美、日、德、英等發(fā)達國家的VVVF變頻器已投入市場(chǎng)并廣泛應用。
變頻器一般是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。
VVVF變頻器的控制相對簡(jiǎn)單,機械特性硬度也較好,能夠滿(mǎn)足一般傳動(dòng)的平滑調速要求,已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應用。但是,這種控制方式在低頻時(shí),由于輸出電壓較小,受定子電阻壓降的影響比較顯著(zhù),故造成輸出大轉矩減小。另外,其機械特性終究沒(méi)有直流電動(dòng)機硬,動(dòng)態(tài)轉矩能力和靜態(tài)調速性能都還不盡如人意,因此人們又研究出矢量控制變頻調速。
矢量控制變頻調速的做法
矢量控制變頻調速的做法是:將異步電動(dòng)機在三相坐標系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic、通過(guò)三相—二相變換,等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1Ib1,再通過(guò)按轉子磁場(chǎng)定向旋轉變換,等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im1、It1(Im1相當于直流電動(dòng)機的勵磁電流;It1相當于與轉矩成正比的電樞電流),然后模仿直流電動(dòng)機的控制方法,求得直流電動(dòng)機的控制量,經(jīng)過(guò)相應的坐標反變換,實(shí)現對異步電動(dòng)機的控制。
矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。然而在實(shí)際應用中,由于轉子磁鏈難以準確觀(guān)測,系統特性受電動(dòng)機參數的影響較大,且在等效直流電動(dòng)機控制過(guò)程中所用矢量旋轉變換較復雜,使得實(shí)際的控制效果難以達到理想分析的結果。
1985年,德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足,并以新穎的控制思想、簡(jiǎn)潔明了的系統結構、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。目前,該技術(shù)已成功地應用在電力機車(chē)牽引的大功率交流傳動(dòng)上。并且變頻技術(shù)所應用到的行業(yè)越來(lái)越廣泛,和能源相關(guān)的行業(yè)都能用到. 舉例:生活中空調,冰箱,洗衣機等等,工業(yè):起重機等等
直接轉矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動(dòng)機的數學(xué)模型,控制電動(dòng)機的磁鏈和轉矩。它不需要將交流電動(dòng)機化成等效直流電動(dòng)機,因而省去了矢量旋轉變換中的許多復雜計算;它不需要模仿直流電動(dòng)機的控制,也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機的數學(xué)模型。
VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數低,諧波電流大,直流回路需要大的儲能電容,再生能量又不能反饋回電網(wǎng),即不能進(jìn)行四象限運行。為此,矩陣式交—交變頻應運而生。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環(huán)節,從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容。它能實(shí)現功率因數為l,輸入電流為正弦且能四象限運行,系統的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟,但仍吸引著(zhù)眾多的學(xué)者深入研究。
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