【正文】 ）、 KEB(科比 )、.（統(tǒng)一）、歐陸、 Moeller(金鐘默勒 )、 Schneider(施耐德 )、 SIEI（西威）等，日本的品牌有富士、三菱、安川、三墾、日立、松下、東芝、明電、春日、東洋等；韓國(guó)LG、三星、現(xiàn)代；港澳臺(tái)地區(qū)的品牌有普傳、臺(tái)達(dá)、臺(tái)安、東元、正頻、寧茂、九德松益、愛(ài)德利等；國(guó)產(chǎn)的品牌有康沃、安邦信、惠豐、森蘭、阿爾法、時(shí)代、格立特、海利、佳靈、富凌、英威騰等。 1995 年 ABB 公司首先推出的 ACS600 直接轉(zhuǎn)矩控制系列是該控制方法的典型產(chǎn)品，但目前直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在變頻器行業(yè)未得到普遍使用，迄今為止仍只有 ABB 一家推出。 （ 4） 直接轉(zhuǎn)矩控制 1985 年 德 國(guó) 魯 爾 大 學(xué) Depenbrock 教 授 首 先 提 出 直 接 轉(zhuǎn) 矩 控 制 理 論（ DirectTorqueControl 簡(jiǎn)稱 DTC）。矢量控制方法實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)的獨(dú)立控制，使交流電動(dòng)機(jī)的控制性能可以和直流電動(dòng)機(jī)相媲美，開創(chuàng)了交流調(diào)速和直流調(diào)速相競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代，典型產(chǎn)品如德國(guó)西門子的 6SE70 通用型 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（ 論文 ） 14 系列。利用轉(zhuǎn)差頻率控制方式，需要在控制系統(tǒng)中安裝速度傳感器，有時(shí)還加有電流反饋，對(duì)頻率和電流進(jìn)行控制，是一種閉環(huán)控制方式，使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對(duì)急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性。其優(yōu)點(diǎn)是控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尤其適合應(yīng)用在風(fēng)機(jī)、水泵上，缺點(diǎn)是低速時(shí)因電機(jī)定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而調(diào)速性能下降、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢，比較適合應(yīng)用于對(duì)低頻調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合。 （ 1） V/F 控制方式 早期變頻器一 般采用 V/F 控制方式，如東芝 TOSVERT－ 130 系列、 FUJIFVRG5／P5 系列， SANKENSVF 系列等系列變頻器，大多數(shù)為開環(huán)恒壓頻比（ V／ F=常數(shù)）的控制方式。其中，非智能控制方式包括 V/F 控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等；智能控制方式包括模糊控制、人工智能控制、專家系統(tǒng)等，目前還處在理論探索階段，市場(chǎng)上尚沒(méi)有相關(guān)產(chǎn)品。如日本三菱電機(jī)開發(fā)用于電動(dòng)機(jī)控制的 M3770 M7906 單片機(jī)和美國(guó)德州儀器的 TMS320C240DSP 等都是頗具代表性的產(chǎn)品。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（ 論文 ） 13 變頻器 控制方式 控制技術(shù)的發(fā)展完全得益于微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展。按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為 PAM、 PWM 控制變頻器；按照工作原理分類，主要分為 V/F 控制變頻器、轉(zhuǎn)差控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，主要分為通用變頻器、專用變頻器等。變頻器通常采用交 —直 —交的方式，即先由交 流電整流成直流，通過(guò)計(jì)算機(jī)芯片的運(yùn)算，控制電力逆變?cè)?，?GTR（大功率晶體管）、 IGBT（絕緣柵雙極型功率管）等，將直流電源逆變成新的頻率與電壓的交流電源，從而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 用的由電池（直流電）產(chǎn)生交流電的設(shè)備也以 “ inverter” 的名稱進(jìn)行出售。 還有熒光燈等產(chǎn)品。一般變頻電源是變頻器價(jià)格的 15— 20倍。 變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要是用在三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速用，又叫變頻調(diào)速器。 一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源。 為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電（ DC），這個(gè)過(guò)程叫整流。 無(wú)論是用于家庭還是用于工廠，單相交流電源和三 相交流電源，其電壓和頻率均按各國(guó)的規(guī)定有一定的標(biāo)準(zhǔn)，如我國(guó)大陸規(guī)定，直接用戶單相交流電為 220V， 三相交流電線電壓為 380V，頻率為 50Hz，其它國(guó)家的電源電壓和頻率可能于我國(guó)的電壓和頻率不同，如有單相 100V/60Hz，三相 200V/60Hz 等等，標(biāo)準(zhǔn)的電壓和頻率的交流供電電源叫工頻交流電。 我們使用的電源分為交流電源和直流電源，一般的直流電源大多是由交流電源通過(guò)變壓器變壓，整流濾波后得到的。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（ 論文 ） 11 第 3 章 變頻器 簡(jiǎn)介 變頻器基礎(chǔ) （ 1） VVVF 是 Variable Voltage and Variable Frequency 的縮寫，意為改變電壓和改變頻率，也就是人們所說(shuō)的變壓變頻。從而就能降低成本和空間 , 提高穩(wěn)定性。 （ 6）可逆運(yùn)行控制 在變頻器控制中，要實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行控制無(wú)須額外的可逆控制裝置，只需要改變輸出電壓的相序即可，這樣就能 降低維護(hù)成本和節(jié)省安裝空間。在工頻狀態(tài)下，電機(jī)只能通過(guò)檢測(cè)電流值或熱保護(hù)來(lái)進(jìn)行控制，而無(wú)法像在變頻控制一樣設(shè)置精確的轉(zhuǎn)矩值來(lái)動(dòng)作。 （ 4）可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限 通過(guò)變頻調(diào)速后，能夠設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩極限來(lái)保護(hù)機(jī)械不致?lián)p壞，從而保證工藝過(guò)程的連續(xù)性和產(chǎn)品的可靠性。另外，變頻啟動(dòng)還能應(yīng)用在類似灌裝線上，以防止瓶子倒翻或損壞。而通過(guò)工頻啟動(dòng)時(shí)對(duì)電機(jī)或相連的機(jī)械部分軸或齒輪都會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)。 這個(gè)對(duì)于輸送帶的起?？刂啤⒍喽嗡倏刂朴绕溆行?，由于電機(jī)經(jīng)常處于開關(guān) 或繞組切換狀態(tài)，使用了變頻器后，就可以保證電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行壽命。一旦頻率和電壓的關(guān)系建立，變頻器就可以按照 V/F 或矢量控制方式帶動(dòng)負(fù)載進(jìn)行工作。這個(gè)電流值將大大增加電機(jī)繞組的電應(yīng)力并產(chǎn)生熱量，從而降低電機(jī)的壽命。在傳送帶上應(yīng)用變頻工藝控制系統(tǒng)具有以下 3 個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （ 1）提高生產(chǎn)率，通過(guò)設(shè)定變頻器的頻率，可控制傳送帶生產(chǎn)線的速度，從而達(dá)到了提高生產(chǎn)率達(dá)目的； （ 2）可利用現(xiàn)有設(shè)備，可利用現(xiàn)有傳送帶上的齒輪馬達(dá)和現(xiàn)有的傳送帶進(jìn)行改動(dòng)； （ 3）可用一臺(tái)變頻器來(lái)控制多數(shù)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，這些電動(dòng)機(jī)均并接到一臺(tái)變頻器上，通過(guò)變頻器的頻率設(shè)定可以保證多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的同步運(yùn)行 。 應(yīng)用變頻器可以提高工藝要求、提升產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)減輕了人工的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了生產(chǎn)效率，可以說(shuō)，變頻器在紡織、食品、飲料、包裝、造紙、機(jī)床、電梯等行業(yè)的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿Χ疾豢尚∮U。但隨著中國(guó)加入 WTO，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都需要面臨國(guó)際競(jìng)爭(zhēng) ，因此提高設(shè)備控制水平至關(guān)重要。 無(wú)論是能量反饋單元和雙 PWM 控制方式都能將能量反饋會(huì)電網(wǎng)，形成節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)的良好局面，其在變頻器節(jié)能領(lǐng)域的占有率將從目前不到 3％快速上升到 15%。同時(shí)由于 PWM 整流器閉環(huán)控制作用，使電網(wǎng)電流與電壓同頻同相位，提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)，消除了網(wǎng)側(cè)諧波污染。 （ 3）雙 PWM 控制技術(shù) 雙 PWM 控制技術(shù)的工作原理 :當(dāng)電機(jī)處于拖動(dòng)狀態(tài)時(shí)，能量由交流電網(wǎng)經(jīng)整流器中間濾波電容充電，逆變器在 PWM 控制下降能量傳送到電機(jī) 。 能量反饋單元具有如下特點(diǎn)： 降低運(yùn)行成本，包括減少電能損耗、提高功率因數(shù)、改善電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量等； 提高制動(dòng)能力，如果以傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)電阻器與變頻器的組合，制動(dòng)力矩大約為 120%額定力矩 /10s， 10%ED；而 VS656RC5 與變頻器的組合，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩則提高到 150%額定轉(zhuǎn)矩 /30s 或者 100%額定轉(zhuǎn)矩 /1min（ 25%ED）或者 80%額定轉(zhuǎn)矩 /連續(xù)再生。能量回饋單元的 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（ 論文 ） 8 作用，就是取代原有的能耗電阻式制動(dòng)單元，消除發(fā)熱源，改善現(xiàn)場(chǎng)電氣環(huán)境，可減少高溫對(duì)控制系統(tǒng)等部件的不良影響，延長(zhǎng)了生產(chǎn)設(shè)備的使用壽命。 （ 2）能量回饋系統(tǒng)的特點(diǎn) 能量反饋系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中主要有二種方式：?jiǎn)为?dú)的能量反饋裝置和能量回饋技術(shù)的新發(fā)展 ——雙 PWM 控制技術(shù)。該方法雖然簡(jiǎn)單，但有如下嚴(yán)重缺點(diǎn) : ● 浪費(fèi)能量，降低了系統(tǒng)的效率； ● 電阻發(fā)熱嚴(yán)重，影響系統(tǒng)的其他部分正常工作； ● 簡(jiǎn)單的能耗制動(dòng)有時(shí)不能及時(shí)抑制快速制動(dòng)產(chǎn)生的泵升電壓，限制了制動(dòng)性能的提高（制動(dòng)力矩大，調(diào)速范圍寬，動(dòng)態(tài)性能好 )。 （ 1）將反饋到直流回路的能量以制動(dòng)電阻的熱能消耗掉的缺點(diǎn) 在這種情況下，要實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行只能通過(guò)外接制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是說(shuō)將反饋到直流回路的能量以制動(dòng)電阻的熱能消耗掉。由于二極管 可 控 硅 整流器能量傳輸不可逆，產(chǎn)生的再生電能傳輸?shù)街绷鱾?cè)濾波電容上，產(chǎn)生泵升電壓。但是通用變頻器不能直接用于需要快速起、制動(dòng)和頻繁正、反轉(zhuǎn)的調(diào)速系統(tǒng)，如高速電梯、礦用提升機(jī)、軋鋼機(jī)、大型龍門刨床、卷繞機(jī)構(gòu)張力系統(tǒng)及機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。 通用變頻器大都為電壓型交 —直 —交變頻器，三相交流電首先通過(guò)二極管 可 控 硅 整流橋得到脈動(dòng)直流電，再經(jīng)電解電容濾波穩(wěn)壓，最后經(jīng)無(wú)源逆變輸出電壓、頻率可調(diào)的交流電給電動(dòng)機(jī)供電。 節(jié)能及能量反饋 采用變頻調(diào)速技術(shù)是節(jié)能降耗、改善控制性能、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的重要途徑，已在應(yīng)用中取得了良好的應(yīng)用效果和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。由此可見(jiàn)，電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能是目前中國(guó)節(jié)能市場(chǎng)上最具商業(yè)潛力的領(lǐng)域。如果按電動(dòng)機(jī)總?cè)萘康?10%進(jìn)行調(diào)速改造，按年平均運(yùn)行 4000 時(shí)、節(jié)電率 20%～ 25%計(jì)算，年節(jié)電潛力為 320 億～ 400 億千瓦時(shí)。其中，交流電動(dòng)機(jī)占 90%左右。在 “十一五 ”期間，我國(guó)將實(shí)現(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率 提高 2 個(gè)百分點(diǎn)，形成年節(jié)電能力達(dá) 200 億千瓦時(shí)的目標(biāo)。由于 IGBT 具有性能特好的優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)近十年內(nèi)不會(huì)被新開發(fā)的元件所取代。 IGBT 不僅用于 500V 以下低壓變頻器，還可以用于I000V 以上高壓變頻器以 驅(qū)動(dòng)高壓電動(dòng)機(jī)。 IGBT 的全稱是絕緣柵雙極晶體管，是一種把 MOSET 與GTR 巧妙結(jié)合在一起的電壓型雙極 /M05 復(fù)合器件， IGBT 具有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、元件損耗小、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)功率小、極限溫度高、熱阻小、飽和壓降和電阻低、電流容量大、抗浪涌能力強(qiáng)、安全區(qū)寬、并聯(lián)容易、穩(wěn)定可靠及模塊化等一系列優(yōu)點(diǎn)，是一種極理想的開關(guān)元件。 變頻器的逆變器普遍采用大功率場(chǎng)效應(yīng)管 MOSET、大功率晶體管 GTR、可關(guān)斷晶閘管 GTO 等的自關(guān)斷元件，其中 GTR 應(yīng)用最為普遍。隨著中壓變頻技術(shù)的發(fā)展，特別是新型大功率可關(guān) 斷器件的研制成功，中一低一中方式具有被逐步淘汰的趨勢(shì)。由于其存在著中間低壓環(huán)節(jié)，所以具有電流大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低、可靠性差等缺點(diǎn)。交一交變頻在其主接線中需要大量的晶閘管，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)工作量較大，并因采用移相控制方式，功率因數(shù)較低，一般僅有 ～ ，而且諧波成分大，需要無(wú)功補(bǔ)償和濾波裝置，使得總的造價(jià)提高。其主電路開關(guān)器件處于自然關(guān)斷狀態(tài)，不存在強(qiáng)迫換流問(wèn)題，所以第一代電力電子器件 —晶閘管就能完全滿足它的要求。因此在未來(lái)市場(chǎng)發(fā)展過(guò)程中仍存在著一些不確定的因素 (4)海外公司的知名品牌產(chǎn)品大舉進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)的可能性較大，各方應(yīng)有所準(zhǔn)備 。如政府推廣力度較大，市場(chǎng)啟動(dòng)會(huì)快一些，反之則慢。 (3)高壓變頻器屬投資類設(shè)備，主要用于節(jié)能和改善生產(chǎn)工藝。我國(guó)的高壓變頻器市場(chǎng)具有其特 殊性，包括： (1)行業(yè)性很強(qiáng)，主要集中在冶金、電力、供水、 石油 、化工、煤炭等行業(yè)。世界上各大知名的電氣公司，如西門子、 ABB、 AB、 AEG、東芝等，都在這一領(lǐng)域展開激烈的競(jìng)爭(zhēng)，投入大量的人 力、物力和財(cái)力，開發(fā)研制高性能的產(chǎn)品，以搶占我國(guó)中壓大功率變頻器的市場(chǎng)。 變頻器的現(xiàn)狀 我國(guó) 50%一 60%的發(fā)電量用于交流電動(dòng)機(jī)，而容量在 3kw 以上，額定電壓一般為 3一 10kV 動(dòng)機(jī)占電動(dòng)機(jī)總裝機(jī)容量的 40%一 50%。 國(guó)產(chǎn)變頻曾經(jīng)落后國(guó)外 “10—15 年 ”，近幾年的奮起直追下，不僅在技術(shù)上有了很大突破，多家國(guó)產(chǎn)變頻的發(fā)展也同國(guó)際接軌，具備了相當(dāng)?shù)钠髽I(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（ 論文 ） 4 步入 20 世紀(jì) 80 年代，全球變頻器技術(shù)變革 速度加快，走向成熟的變頻產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。到了 20 世紀(jì) 80 年代，由于電力半導(dǎo)體開關(guān)器件和微電子技術(shù)的進(jìn)步 ，變頻器性能及可靠性提高，生產(chǎn)成本下降，其應(yīng)用開始普及。 1973 年，美國(guó)提出了電力電子技術(shù)這一新的技術(shù)學(xué)科，其最大應(yīng)用領(lǐng)域就是調(diào)速傳動(dòng)。隨著市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，技術(shù)也日益發(fā)展和完善。 20 世紀(jì) 50 年代末，美國(guó) 通用電氣公司推出了電力半導(dǎo)體組件晶閘管（可控硅 SCR），給變頻技術(shù)提供了劃時(shí)代意義的基礎(chǔ)硬件。下面對(duì)變頻器的 發(fā)展史及 現(xiàn)狀 和 其未來(lái)的技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行分析介紹。目前市場(chǎng)上新型變頻器品牌繁多，各有千秋。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（ 論文 ） 3 第 2 章 變頻器的現(xiàn)狀及其未來(lái)的技術(shù)發(fā)展 現(xiàn)在，變頻技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家己經(jīng)成熟，隨著新的電力電子器件的不斷出現(xiàn)，新的變頻 技術(shù)層出不窮，使其得到了更廣泛的推廣應(yīng)用。在大型綜合自 動(dòng)化系統(tǒng)，先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)，大型成套專用系統(tǒng)，如連鑄連軋生產(chǎn)線、高速造紙生產(chǎn)線、電纜光纖生產(chǎn)線、化纖生產(chǎn)線、建材生產(chǎn)線等，變頻器的作用是電氣傳動(dòng)控制，其控制的復(fù)雜性、控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)都有很高的要求，已經(jīng)完全取代了直流調(diào)速技術(shù)。據(jù)有關(guān)