國變頻器技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀 變頻器 (Variable—frequency Device，VFD)是應(yīng)用變頻 技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率方式來控 制交流電動機的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流 (交流 變直流 )、濾波 、逆變 (直流變交流 )、制動單元、驅(qū)動單 元 、檢測單元、微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部 IGBT 的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機的實際需 要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能 、調(diào)速的目的， 另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載 保護等等。 根據(jù)用途的不同，變頻器可分為通用變頻器和專用變頻器二種。 通用變頻器是變頻器家族中數(shù)量最多、應(yīng)用最為廣泛 的一種。顧名思義 ，通用變頻器的特點是通用性。主要用 在生產(chǎn)機械的調(diào)速上。而生產(chǎn)機械對調(diào)速性能的要求 (如 調(diào)速范圍，調(diào)速后的動、靜態(tài)特性等 )往往較高，如果調(diào) 速效果不理想會直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，所以通用型變頻 器必須使變頻后電動機的機械特性符合生產(chǎn)機械的要求。 因此這種變頻器功能較多，價格也較貴。它的控制方式除 了V／F控制，還使用了矢量控制技術(shù)。因此，在各種條件 下均可保持系統(tǒng)工作的最佳狀態(tài)。除此之外，高性能的變 頻器還配備了各種控制功能如 ：PID調(diào)節(jié) 、PLC控制、PG 閉環(huán)速度控制等，為變頻器和生產(chǎn)機械組成的各種開 、閉 環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的可靠工作提供了技術(shù)支持。 隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和市場需求的不斷擴大，通用變 頻器正在朝著兩個方向發(fā)展 ：一是以節(jié)能為主要 目的而簡 化了一些系統(tǒng)功能的低成本簡易型通用變頻器，它主要應(yīng) 用于水泵、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機等對于系統(tǒng)調(diào)速性能要求不高的 場合，并具有體積小、價格低等方面的優(yōu)勢 ；二是在設(shè)計 過程中充分考慮了應(yīng)用中各種需要的高性能、多功能通用 變頻器，在使用時，用戶可以根據(jù)負載的特性選擇算法對 變頻器的各種參數(shù)進行設(shè)定，也可以根據(jù)系統(tǒng)的需要選擇 廠家所提供的各種備用選件來滿足系統(tǒng)的特殊需要。高性 能的多功能通用變頻器除了可以應(yīng)用于簡易型變頻器的所 有應(yīng)用領(lǐng)域外，還可以廣泛應(yīng)用于電梯 、數(shù)控機床 、電動 車輛等對淵速系統(tǒng)的性能有較高要求的場合。
專用變頻器是針對某一種 (類 )特定的控制對象而設(shè) 計的，這種變頻器都是在某一方面的性能比較優(yōu)良。如前 述的風(fēng)機、水泵用變頻器、電梯及起重機械用變頻器 、中 頻變頻器等。 變頻器按照 電壓等級又可分為高 中低壓變頻器 (低 壓伏數(shù)為 ll0V、220V、380V 等，中壓為 690V、1140V、 2300V等，高壓為3kV、3．3kV、6kV、6．6kV、10kV等)。
隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流拖動的薄弱環(huán)節(jié)逐步 顯露出來。由于換向器的存在 ，直流電機的維護量加大， 單機容量、最高轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境都受到限制。人們開始 轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡單 、運行可靠、維護方便、價格低廉的異步電 動機。但異步電動機的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)的需要。于 是，從 2()世紀 3()年代開始，人們致力于交流調(diào)速技術(shù)的 研究，然而進展緩慢。在相當(dāng)長的時期內(nèi)，直流調(diào)速一直以其優(yōu)異的性能統(tǒng)治著電氣傳動領(lǐng)域。20世紀 7()年代以 來 ，電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展， 交流調(diào)速就進入逐步代替直流調(diào)速的時代。
變頻器的發(fā)展趨勢
變頻器在我國的發(fā)展趨勢是 ：驅(qū)動的交流化，功率變 換器的高頻化，控制的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。環(huán)保節(jié) 能、高性能、模塊化、專用化、多功能成為變頻器未來發(fā) 展的方向。
據(jù)了解，新一代變頻器具有全數(shù)字化、功能齊全、能 補償負載變化、通信能力強并具有編程功能 ；與機電實現(xiàn) 一體化、小型化 ；網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)化這三大特點。目前，市 場上剛出現(xiàn)的高可靠性 、高轉(zhuǎn)矩、高精度 、低諧波的新一 代變頻器具此特點，并大受歡迎。業(yè)內(nèi)人士表示，高性能 、 模塊化、專用化、多功能的產(chǎn)品已經(jīng)成為新一代變頻器的 新寵。
變頻器是運動控制系統(tǒng)中的功率變換器。當(dāng)今的運動 控制系統(tǒng)是包含多種學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域，總的發(fā)展趨勢是 ：驅(qū)動的交流化，功率變換器的高頻化，控制的數(shù)字化、智 能化和網(wǎng)絡(luò)化。因此，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。
交流同步電動機已成為交流可調(diào)傳動中的一顆新星， 特別是永磁同步電動機，電機獲得無刷結(jié)構(gòu)，功率因數(shù)高， 效率也高 ，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速嚴格與電源頻率保持同步。同步電機 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 步電機在原理上和直流電機極為相似，用電力電子變流器 取代了直流電機的機械換向器，如采用交一直一交變壓變 頻器時叫做 “直流無換向器電機”或稱 “無刷直流電動機 (BLDC)”。傳統(tǒng)的自控變頻同步機調(diào)速系統(tǒng)有轉(zhuǎn)子位置傳 感器，現(xiàn)正開發(fā)無轉(zhuǎn)子位置傳感器的系統(tǒng)。同步電機的他 控變頻方式也可采用矢量控制，其按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量 控制比異步電機簡單
