变频技术的常见类型
从工作原理上讲,变频技术就是把工频交流电变成不同频率的交流电,或是把直流电逆变成不同频率的交流电,也可以把交流电变成直流电再通变成不同频率的交流电等。在这些变化过程中,往往看重的是电源频率的变化,而不重视电源其他参数的变化。
下面介绍变频技术的几种常见类型。
(1)交-直变频技术,即整流技术。这种变频技术是通过二极管整流和续流或晶闸管、功率晶体管可控整流,实现交-直变换。这种变换技术多用于工频整流。
(2)直-直变频技术,即斩波技术。这种变频技术是通过改变功率半导体器件的通断时间,即改变功率半导体器件驱动电路触发脉冲的频率,或通过改变功率半导体器件驱动电路触发脉冲的宽度,从而实现调节直流平均电压的目的。
(3)直-交变频技术,即逆变技术。这种变频技术是振荡器利用电子放大器件将直流电变成不同频率的交流电,它的关键技术是逆变器,而逆变器就是利用功率开关进行直流变交流,并改变频率的变换装置。
(4)交-直交变频技术。这种技术采用了多种拓扑结构,由于其存在着中间低压环节,所以具有结构复杂.效率低、可靠性差等欲点。但由于其发展较早,技术也比较成熟,所以目前仍得到广泛应用。随着中压变频技术的发展,特别是新型大功率可关断器件的研制成功,中压变频技术由于没有中间低压环节,因而在结构上有着广阔的发展前景。
(5)交-交变频技术,即移相技术。这种变频技术是通过调整功率半导体器件的导通与关断时间,即改变功率半导体器件驱动电路触发脉冲的延迟角,来达到交流无触点开关,调压,调光、调速等目的，交-交变频是早期变频的主要形式,适用于低转速大容量的电动机负载.由于交-交变频技术的主电路开关器件处于自然关断状态,不存在强迫换流问题,所以第一代电力电子器件晶闸管就能完全满足要求。
变频技术的典型应用
1)变频技术在自动生产线上的应用
变频器的最初用途是速度控制,应用变频调速时,可以大大提高电动机转速的控制精度,使电动机在最节能的转速下运行,因此,在工业生产中广泛应用。
自动生产线大多具有Profibus网络和 BICO控制功能,通过工业控制计算机和PLC,利用Profibus网络控制及变频器外部端子两种控制方法,对变频器进行自动和手动控制。正常时采用第一命令数据组CDS进行Profibus网络控制(自动控制);网络有故障时采用第二命令数据组,即变频器外部端子控制(手动控制)。在实际应用中所有变频器都安装了Proibus模板、BOP操作面板。在硬件设置上,开关最输入1作为第一命令数据组CDS的输入信号;开关量输人2作为第二命令数据组的变频器起动,停止信号;开关量输入3作为第二命令数据组的变频器电动电位计升高信号;开关量输人4作为第二命令数据的变频器电动电位计降低信号。变频器运行的各种状态及现行值均通过网络传送到PLC,再经过工业控制计算机显示及控制。
2)变频技术在民用产品中的应用
随着人们生活水平的不断提高,像变频空调、微波炉、冰箱、洗衣机、节能灯等家电已走人普通家庭。例如,中央空调已在宾馆、饭店、工矿、企业、办公楼等处被广泛应用。中央空调的主要设备是风机、水泵。对风机、水泵类负载可采用变频器进行控制,常用的变频器是变转矩变频器,可省电30%-60%,同时还可延长空调的使用寿命。在控制过程中,使用温湿度传感器和微机闭环控制,使工作场合的温度更稳定。空调电动机一般为380V、15一55kW。变频器可采用三相输人、三相输出或单相输入、三相输出交-交变频电路。变频器除了在工业控制领域得到应用外,在普通家庭中,节约电费、提高家电性能和保护环境等方面也受到人们的关注,变频家电成为变频器的另一个广阔市场和应用趋势。家用空调一般是在轻负载情况下运行的。采用变频器的容量控制,在负载下降时,变频器的频率降低,使压缩机压缩能力下降:以此来保持压缩机压缩能力与负载的平衡。在利用变频器的变频控制使压缩机转速下降时，由于热交换器容量相对于压缩机容量的比率增加,因此,压缩机是高效率运行,特别是轻负载时更为显著。
例如,变频洗衣机利用调速控制技术对电动机、动力传动系统以及控制系统进行变频控制。它在开始工作的短时间内,选用低水位洗涤;衣服在底部浮不起来,在底部单位面积的重最较大,洗涤剂浓度比较高;此时采用低速较好;若此时使用较高转速洗,会对衣服造成损坏。变频洗衣机可实现无级调速,使用理想的程序洗涤衣服。
3)变频技术在高层供水中的应用
随着城市高层建筑供水问题的日益突出,保持供水压力恒定、提高供水质量、保证供水可靠性和安全性是相当重要的。恒压供水自动控制系统工作时,设备通过安装在供水管网上的高灵敏度压力传感器来检测供水管网在用水量变化时的压力变化,自动调节峰谷用水量,保证供水管网压力恒定,以满足用户用水的需求。同时可以实现在线调整,无水自动停泵,低水压全速运行,变频泉转速、管网压力数码显示,过电流保护及工作电流显示,变频器故障显示,蜂鸣器、电铃报警,供水管网过水压自动停泵并报警,一次水不足自动停泉等。由于变频器的使用,使泵转速下降,出口压力降低,减少了机被磨损,降低了维修的工作量,延长了设备的使用寿命,提高了功率因数,避免了电动机直接工频使用时大电流对电动机线圈和电网的冲击。另外,电动机和泵共同组合为一体,它既是动力源,又是供水调节机构,降低了工人的劳动强度。
4)变频技术在电梯中的应用
变频器在电梯控制系统中的作用可以分为以下几点。
(1)通过调节变频器的调制频率,可以使电梯静音运行。
(2)S曲线的设定保证了电梯平滑运行,提高了乘坐舒适感。
(3)采用了高性能的矢量控制,轿厢可以快速平稳地运行。
(4)变频器的高力矩输出和过载能力保证电梯可靠、无跳闸运行。
(5)电梯采用变频器控制,减少了电梯的机械维护量。
5)变频技术在照明中的应用
全球经济发展过程中;能源的紧张不仅制约了经济的增长,也给许多发达国家的发展带来了相当大的问题。变频电源的应用使得照明技术、高频逆变技术的应用领域不断扩大。以节能为目的:变频器广泛应用于各行业。在我国实施的“绿色照明工程”中,变频电子节能灯是主要推广项目。
普通的自炽灯光效为10Im/W左右,寿命约为2 000 h。由于白织灯工作时的灯丝温度很高,大部分的能量都以红外辐射的形式浪费掉。而节能灯工作时灯丝的温度在卫1 160K左右,比自炽灯工作的温度(2 200~2 700K)低很多,所以它的寿命提高到5 000 h以上。由于节能灯不存在白炽灯那样的电流热效应,所以荧光粉的能量转换效率也很高,达到60 Lm/W以上,仅镇流器一项即可省电20%,再配上稀土三基色高效节能灯,比普通的白炽灯省电60%~80%，比普通的节能灯省电25%~50%。
6)变频技术在风力发电中的应用
电力电子技术在风力发电投术中起到了重要作用,尤其是对于恒定速度、可变速度风力涡轮机和电网的接口技术至关重要。由于风速是不断变化的,因此,基于风力电力系统的电能质量和可靠性只能依据当时的风速来预测,最佳的控制方案需要功率调节才能制定。
变速风力发电机组根据风速变化使机组保持最佳叶尖速比,从而获得最大风能。另外，由于变速风力发电机组与电网实现了柔性连接,大大减少了机械冲击和对电网的冲击。因此,采用变速风力发电机组已成为利用风力发电机组的主流。
到目前为止,变须器已经在工业制造、钢铁、有色冶金、油田、炼油、石化、化工、纺织印染、医药、造纸、卷烟、高层建筑、建材、家用电器、数控技术及机被行业等须域得到广泛的应用,而目随着智能型、环保型变放器的出现.变频器的应用领硬正在不断扩大。其主要发展方向有以下几项。
(1)实现高水平的自动控制。
(2)开发节能变典器。
(3)能够使得控制裴置小型化。
(4)实现高速度的数字控制。
(5)能够利用模拟器与计算机辅助设计进行网络现场控制。
