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变频器

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通用变频器的发展研究

导读: 60年代中期,普通晶闸管、小功率晶体管的实用化,使交流电动机变频调速也进入了实用化。采用晶闸管的同步电动机自控式变频调速系统、采用电压型或电流型晶闸管变频器的笼型异步电动机调速系统等先后实现了实用化,使变频调速开始成为交流调速的主流。

  60年代中期,普通晶闸管、小功率晶体管的实用化,使交流电动机变频调速也进入了实用化。采用晶闸管的同步电动机自控式变频调速系统、采用电压型或电流型晶闸管变频器的笼型异步电动机调速系统(包括不属变频方案的绕线转子异步电动机的串级调速系统)等先后实现了实用化,使变频调速开始成为交流调速的主流。

  此后的20多年中,电力电子技术和微电子技术以惊人的速度向前发展,变频调速传动技术也随之取得了日新月异的进步。

  这种进步,突出表现在:

  (1)变频装置的大容量化

  对一些大型生产机械的主传动,直流电动机在容量等级方面已接近极限值,采用直流调速方案无论在设计和制造上都已十分困难。

  为了适应大容量的高压电动机,采用直接高压型PWM变频器来控制高压电动机,发展较迅速。

  (2)主开关器件的自关断化

  近十几年,大功率自关断电力电子器件的发展十分迅速,其中“门极关断晶闸管(GTO)、双极晶体管(BJT)/电力晶体管(GTR)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)”的发展最快,实用化的程度也最高。

  采用自关断器件省去了线路复杂、体积较大的强迫换相电路,既可以减小装置体积,又降低了开关损耗提高了效率。同时,由于开关频率的提高,变流器可采用PWM控制,既降低谐波损耗、减小转矩脉动,又可以提高快速性、改善功率因数。优点是很多的。

  据统计,目前变频器中的开关器件,容量为1500kW以下的采用IGBT;1000~7500kW的采用GTO。

  (3)变频装置的高性能化

  早期的变频调速系统,基本上是采用U/F控制,无法得到快速的转矩响应,低速特性也不好(负载能力差)。

  1971年德国西门子公司发明了所谓“矢量控制”技术。一改过去传统方式中仅对交流电量的量值(电压、电流、频率的量值)进行控制的方法,实现了在控制量值的同时也控制其相位的新控制思想。使用坐标变换的办法,实现定子电流的磁场分量和转矩分量的解耦控制,可以使交流电动机像直流电动机一样具有良好的调速性能。

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