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什么是变频技术?

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-07-26

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  变领技术是将一种频率电源转换成另一种频率电源的技术。在电源的转换过程中.电能并不发生变化,只是频率发生变化,目的是为了满足人们生产、生活各种领域中对电源的不同需要,其中一项典型应用就是将工频(50Hz或60Hz)的交流电源,转换成频率可变的交流电源提供给电动机,通过改变输出电源的频率来对电动机进行调速控制,从而实现节能效果。

  随着微电子技术、电力电子技术和自动控制技术的不断发展,变频技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。变频技术最初主要用于整流和交直流可调电源,现在已广泛用在高压直流输电、不同频率电源连接、静止无功功率补偿和吸收等,应用领域涵盖交通运输业、石油行业、家用电器、国防军事等社会生产、生活的各个方面。在运输业应用如高速铁路、超导磁悬浮列车、电动汽车、机器人等,在石油行业应用如采油调速、超声波驱油等,在家用电器方面应用如变频空调、变频洗衣机、变频微被炉、变频电冰箱等,在军事方面应用如军事通信、导航、雷达等。

  第1代电力电子器件以晶闸管为代表(20世纪50年代)。1956年贝尔实验室发明了晶闸管,1958年通用电气公司推出了商品化的产品。晶闸管是一种电流控制型开关器件,可以实现小电流控制大功率变换,但开关频率低,且导通后不能自关断。

  第2代电力电子器件以电力晶体管(GTR)和门极关断晶闸管(GTO)为代表(20世纪60年代)。门极关断晶闸管是一种电流型自关断型开关器件,较容易实现整流、斩波、逆变等变频功能,其开关频率在1~5kHz之间。

  第3代电力电子器件以绝缘栅双极型晶体管(GBT)为代表(20世纪70年代)。绝缘栅双极型晶体管是一种电压控制型自关断电力电子器件,其开关频率很高,达到20~200kHz,它的应用使电气设备的高频化、高效化和小型化得以实现。

  第4代电力电子器件以智能化功率集成电路(PIC)和智能功率模块(IPM)等为代表(20世纪80年代、90年代)。它们实现了开关频率的高速化、低导通电压的高效化和功率器件的集成化,另外还可集成逻辑控制、保护、传感及测量等功能。

  变频技术的发展方向是高电压大容量化、高频化、组件模块化、小型化、智能化和低成本化。

  (1)交—直变频技术:又称整流技术,它是利用整流电路将交流电源转换成直流电源。

  (2)直—直变频技术:又称斩波技术,它是利用斩波电路将直流电源转换成直流脉冲电源,通过调节脉冲的频率或宽度来改变直流脉冲电源有效值的大小。

  (3)直—交变频技术:又称逆变技术,它是利用逆变电路将直流电源转换成交流电源。

  (4)交—交变频技术:又称移相技术.它是利用交—交变频电路将一种频率的交流电源转换成另一种频率的交流电源。

  我国变频器应用始于20世纪80年代末,由于变频器具有良好节能效果等优越性能,使用量不断增加,而且每年以20%的递增量快速发展。变频器至今并无确切的定义,但按其功能作用可理解为改变电动机电源频率值及电压值的自动化电气装置。变频器由电力电子器件、电子元器件,微处理器(CPU)等组成。变频器就是一种典型的采用了变频技术的电气设备。变频器的主要功能是将工频(50Hz或60Hz)的交流电源转换成频率可变的交流电源提供给电动机,通过改变输出电源的频率来对电动机进行调速控制。因为电子电工学告诉我们,电动机的转速与其消耗的能量有一定对应关系。通俗地讲,就是电动机的转速越快,其消耗的能量大幅度增加;反之,电动机的转速越慢,其消耗的能量将大幅度减少。变频器正是基于这个原理,通过变频器中的微处理器实时调整控制电动机的转速,达到节约能量的目的。

  当三相异步电动机定子绕组通入三相交流电后,定子绕组会产生旋转磁场,旋转磁场的转速n0与交流电源的频率f及电动机的磁极对数p有如下关系:

  电动机转子的旋转速度n(即电动机的转速)略低于旋转磁场的旋转速度n0(又称同步转速),两者的转速差称为转差s,电动机的转速为:

  由于转差s很小,一般为0.01~0.05,为了计算方便,可近似认为电动机的转速与定子的旋转磁场转速相同,即电动机转速近似为:

  从公式(4-3)可以看出,三相异步电动机的转速n与交流电源的频率f和电动机的磁极对数p有关,当交流电源的频率f发生改变时,电动机的转速就会发生变化。通过改变电动机的磁极对数p来调节电动机转速的方法称为变极调速。通过改变交流电源的频率来调节电动机转速的方法称为变频调速,变频器是通过改变交流电源频率来调节电动机转速。

  变频器的功能是将工频(50Hz或60Hz)交流电源转换成频率可变的交流电源提供给电动机,通过改变交流电源的频率来对电动机进行调速控制。变频器的种类很多,主要可分为两类:交—直—交型变频器和交—交型变频器。

  交—直—交型变频器是先将工频电源转换成直流电源,再将直流电源转换成频率可变的交流电源,然后提供给电动机,通过调节输出电源的频率来对电动机转速进行控制。交—直—交型变频器组成方框图如图4-52所示。

  工频交流电源经整流电路转换成脉动的直流电,直流电再经中间电路进行滤波平滑,然后送到逆变电路,在控制电路的控制下,逆变电路将直流电转换成频率可变的交流电并送给电动机,驱动电动机运转,改变逆变电路输出的交流电频率,电动机转速就会发生相应的变化。

  变频器中的整流电路、中间电路和逆变电路是主体电路,用来完成交—直—交的转换,它们工作在高电压大电流状态。控制电路是变频器的控制中心,当它接收到输入调节装置或通信接口送来的指令信号后,会发出相应的控制信号去控制主体电路,使主体电路按设定的要求工作,同时控制电路还会将有关的设置和机器状态信号送到显示装置,以显示有关信息,便于用户操作或了解变频器的工作情况。

  变频器的显示装置一般采用显示屏和指示灯;输入调节装置主要包括按钮、开关和旋钮等;通信接口用来与其他的设备(如可编程序控制器PLC)进行通信,接收它们发送过来的信息,同时还将变频器有关信息反馈给这些设备。除此之外,变频器还有一些其他接口,可以通过这些接口扩展变频器的一些功能,如外接制动电阻、外接频率表等。

  交—交型变频器是直接将工频电源转换成频率可变的交流电源并提供给电动机,通过调节输出电源的频率来对电动机转速进行控制。交—交型变频器组成方框图如图4-53所示,从图中可以看出,交—交型变频器与交—直—交型变频器的主体电路不同,它采用交—交变频电路直接将工频电源转换成频率可调的交流电源的方式进行变频调速。

  交—交变频电路一般只能将输入交流电频率调低输出,而工频电源频率本来就低,所以交—交型变频器的调速范围很窄,另外这种变频器要采用大量的晶闸管等电力电子器件,导致装置体积大、成本高,故交—交型变频器的应用远没有交—直—交型变频器广泛,因此大家要重点学习了解交—直—交型变频器。

  中国农业出版社(副牌:农村读物出版社)成立于1958年,是中国农业领域唯一的一家中央级大型综合性出版社。为社会奉献的图书品种累计达2万多种,总印数4亿多册。

  变频洗衣机是指洗衣机通过电脑控制系统自动感知衣物的平衡度,来精确确定脱水时电机的最佳转速,使洗衣机的变频电动机在较低的转速,较小的电流下启动,实现脱水过程软启动,软停机,既可省电,又降低启动时的震动和噪声;高速转动时,可以快速达到设定转数。

  变频洗衣机在软启动,软停机过程中,比一般洗衣机节能30%左右,降低脱水噪声约10dB左右。

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