1.变频器基本概述

  变频技术是将电信号须率按照控制的要求:通过具体的电路实现电信号项率变换的应用型技术。

  变须技术是应交流电机无级调速的需要而产生的,它的发展建立在电力电子技术的创新、电力电子器件及材料的开发和制造工艺水平提高的基础之上,尤其是高压大容量绝缘栅双极 品体管,集成门极换流晶闸管的成功开发,使大功率变频技术得以迅速发展且性能日益完善。

  变频器是变频技术应用的装置,是运动控制系统中的功率变换器。变顿器作为重要的功率变换部件.可为系统提供可控的高性能变压变频交流电源。

  1)变频器发展历程

  随着生产技术的不断发展:直流拖动的薄弱环节逐步显现出来，由于换向器的存在;使直流电动机的维护工作量加大,单机容量、醉高转速以及使用环境都受到限制。使用者转向结构简单、运行可靠、便于维护、价格低廉的异步电动机,但异步电动机的调速性能难以满足生产要求。于是,从20世纪30年代开始:人们就致力于交流调速技术的研究,然而进展缓慢。在相当长时期内,变速传动领域,直流调速一直以其优良的性能领 先于交流调速。60年代以后特别是70年代以来,电力电子技术和控制技术的飞速发展,使得交流调速可以与直流调速相媲美、相竞争，目前,交流调速逐步代替直流调速的时代已经到来。

  电力电子器件的发展为交流调速奠定了物质基础。20世纪50年代末出现了晶闸管,由品闸管构成的静止变频电源输出方波或阶梯波的交变电压,取代旋转变频机组实现了变频调速,然而品闸管属于半控型器件,可以控制导通,但不能由门极控制关断。因此,由普通晶闸管组成的道变器用于交流洞速必须附加强迫换向电路,70年代后期,以功率晶体管(GTR)、门极可关断晶闸管(GTO),功率MOS场效应管(PoWerMOSFETD为代表的全控型器件先后问世:并迅速发展,通过对这些器件门极(基极、栅极)的控制,既能控制导通又能控制关断,又称自关断器件。它不再需要强迫换向电路;使得逆变器结构简单、紧凑。此外,这些器件的开关速度普遍高于晶闸管,可用于开关速度较高的电路。在80年代后期,以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为代表的复合型器件异军突起。它把MOSFET的驱动功率小、开关速度快的优点和GTR通态压降小,载流能力大的优点集于一身,性能十分优越,与IGBT相对应,MOS控制晶体管(MCTD综合了晶闸管的高电压、大电流特性和MOSFET的快速开关特性:是极有发展前景的大功率、高烦功率开关器件。电力电子器件正在向大功率、高频化、智能化发展。80年代以后出现的功率集成电路(PIC),集功率开关器件、驱动电路、保护电路、接口电路于一体:目前已用于交流调速的智能功率模块(IPMD采用IGBT作为功率开关,含有驱动电路及过载、短路、超温、欠电压保护电路,实现了信号处理、故障诊断、自我保护等多种智能功能,既减少了体积,减轻了重量,又提高了可靠性,使用维护都更加方便,是功率器件的发展方向。

  目前，作为交-直-交变频技术的矢量控制变频和直接转矩控制,由于它们输人功率因数低,谐波电流大,直流回路需要大的储能电容,再生能量又不能反馈回电网,人们又研制了矩阵式交-交变频技术。该技术虽尚未成熟,但是,矩阵式交-交变频技术具有功率因数为1.输人电流为正弦且能四象限运行、系统的功率密度大的特点。

  20世纪90年代后半期:变频技术的发展使家用电器具有高速度、高出力、控制性能好、小型轻量、大容量、长寿命、工作安全可靠、静音和省电等优点,广泛应用于家用电器的控制技术领域,使家用电器的品质和性能产生了历史性的变化。变频太阳能发电技术,将进人人们的日常生活,家用太阳能发电系统将给家电提供新的能源。

  现在利用变频技术不但可实现图像清晰度的提高,还可应用在保护视力,提高场频性能等方面。另外,改变清晰度不同等级的图像格式时也用到了变频技术,如变频彩电的出现可以使人们观看到更高质量的图像,同时又保护了观看者的视力。

  2)变频调速的方法和特点

  变频调速是通过改变异步电动机定子绕组供电频率f₁,从而改变其同步转速的调速方法。当转差率s。一定时,电动机的转速九基本上正比于f₁。很明显,只要有输出频率可平滑调节的变额电源,就能平滑、无极地调节异步电动机的转速。

  变频调速系统的主要设备是提供变频电源的变频器。目前国内使用较多的是交直-交变额技术。

  变频器的特点如下。

  (1)变频器结构复杂,价格昂贵,容量有限。随着电力电子技术的发展.其发展趋势将会是简单可靠、性能优异、操作方便。

  (2)变频器具有机械特性较硬、静差率小、转速稳定性好、调速范围、平滑性高等特点可实现无级调速。

  (3)变频调速时,转差率5较小,则转差功率损耗较小,效率较高。

  (4)变频调速时，基频以下调速为恒转矩调速方式,基频以上调速近似为恒功率调速方式。