我國(guó)電力變頻器特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)

　工控摘要：電力變頻器特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)：從第一臺(tái)變頻器生產(chǎn)，再經(jīng)過30年不斷的研發(fā)和實(shí)踐，同時(shí)隨著新型電子技術(shù)不斷提高，變頻器的功能設(shè)計(jì)越來越完善，穩(wěn)定性越來越好，變頻器的性價(jià)比越來越高，體積越來越小。面對(duì)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，廠家不斷對(duì)變頻器進(jìn)行更多更完善的改進(jìn)。
　　
　　變頻器是利用電力半導(dǎo)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，能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流／過壓／過載保護(hù)等功能。
　　
　　電動(dòng)機(jī)使用變頻器的作用就是為了調(diào)速，并降低啟動(dòng)電流。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電(DC)，這個(gè)過程叫整流。把直流電(DC)變換為交流電(AC)的裝置，其科學(xué)術(shù)語(yǔ)為“inverter”(逆變器)。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源。對(duì)于逆變?yōu)轭l率可調(diào)、電壓可調(diào)的逆變器我們稱為變頻器。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要是用在三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速用，又叫變頻調(diào)速器。對(duì)于主要用在儀器儀表的檢測(cè)設(shè)備中的波形要求較高的可變頻率逆變器，要對(duì)波形進(jìn)行整理，可以輸出標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，叫變頻電源。一般變頻電源是變頻器價(jià)格的15--20倍。變頻器作為系統(tǒng)的重要功率變換部件，提供可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發(fā)展。
　　
　　變頻器性能的優(yōu)劣，一要看其輸出交流電壓的諧波對(duì)電機(jī)的影響，二要看對(duì)電網(wǎng)的諧波污染和輸入功率因數(shù)，三要看本身的能量損耗(即效率)如何？這里僅以量大面廣的交—直—交變頻器為例，闡述它的發(fā)展趨勢(shì)：
　　
　　主電路功率開關(guān)元件的自關(guān)斷化、模塊化、集成化、智能化，開關(guān)頻率不斷提高，開關(guān)損耗進(jìn)一步降低。
　　
　　變頻器的網(wǎng)側(cè)變流器對(duì)低壓小容量的裝置常采用6脈沖變流器，而對(duì)中壓大容量的裝置采用多重化12脈沖以上的變流器。負(fù)載側(cè)變流器對(duì)低壓小容量裝置常采用兩電平的橋式逆變器，而對(duì)中壓大容量的裝置采用多電平逆變器。對(duì)于四象限運(yùn)行的傳動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)變頻器再生能量向電網(wǎng)回饋和節(jié)省能量，網(wǎng)側(cè)變流器應(yīng)為可逆變流器，同時(shí)出現(xiàn)了功率可雙向流動(dòng)的雙PWM變頻器，對(duì)網(wǎng)側(cè)變流器加以適當(dāng)控制可使輸入電流接近正弦波，減少對(duì)電網(wǎng)的公害。目前，低、中壓變頻器都有這類產(chǎn)品。
　　
　　脈寬調(diào)制變壓變頻器的控制方法可以采用正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)控制、消除指定次數(shù)諧波的PWM控制、電流跟蹤控制、電壓空間矢量控制(磁鏈跟蹤控制)。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)整控制方法的進(jìn)展主要體現(xiàn)在由標(biāo)量控制向高動(dòng)態(tài)性能的矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制發(fā)展和開發(fā)無(wú)速度傳感器的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)方面。
　　
　　微處理器的進(jìn)步使數(shù)字控制成為現(xiàn)代控制器的發(fā)展方向：運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是快速系統(tǒng)，特別是交流電動(dòng)機(jī)高性能的控制需要存儲(chǔ)多種數(shù)據(jù)和快速實(shí)時(shí)處理大量信息。近幾年來，國(guó)外各大公司紛紛推出以DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)為基礎(chǔ)的內(nèi)核，配以電機(jī)控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內(nèi)的稱為DSP單片電機(jī)控制器，價(jià)格大大降低，體積縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，使用便捷，可靠性提高。DSP和普通的單片機(jī)相比，處理數(shù)字運(yùn)算能力增強(qiáng)10～15倍，以確保系統(tǒng)有更優(yōu)越的控制性能。數(shù)字控制使硬件簡(jiǎn)化，柔性的控制算法使控制具有很大的靈活性，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律，使現(xiàn)代控制理論在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)，易于與上層系統(tǒng)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，便于故障診斷加強(qiáng)保護(hù)和監(jiān)視功能，使系統(tǒng)智能化(如有些變頻器具有自調(diào)整功能)。
　　
　　交流同步電動(dòng)機(jī)已成為交流可調(diào)傳動(dòng)中的一顆新星，特別是永磁同步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)獲得無(wú)刷結(jié)構(gòu)，功率因數(shù)高，效率也高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速嚴(yán)格與電源頻率保持同步。同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)有他控變頻和自控變頻兩大類。自控變頻同步電機(jī)在原理上和直流電機(jī)極為相似，用電力電子變流器取代了直流電機(jī)的機(jī)械換向器，如采用交—直—交變壓變頻器時(shí)叫做“直流無(wú)換向器電機(jī)”或稱“無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)(BLDC)”。傳統(tǒng)的自控變頻同步機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有轉(zhuǎn)子位置傳感器，現(xiàn)正開發(fā)無(wú)轉(zhuǎn)子位置傳感器的系統(tǒng)。同步電機(jī)的他控變頻方式也可采用矢量控制，其按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制比異步電機(jī)簡(jiǎn)單。