1、變頻調(diào)速技術(shù)是怎樣發(fā)展起來(lái)的？ 變頻可以調(diào)速這個(gè)概念，可以說(shuō)是交流電動(dòng)機(jī)“與生俱來(lái)”的。同步電動(dòng)機(jī)不消說(shuō)，即使是異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速也是取決于同步轉(zhuǎn)速(即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速)的 n=n1(1-S)………………(1-1) 式中：n——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，m/min n1——電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，r/min S——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率 而同步轉(zhuǎn)速則主要取決于頻率 n1=60f/p………………(1-2) 式中：f——頻率，Hz p——磁極對(duì)數(shù) 所以說(shuō)，交流電動(dòng)機(jī)從誕生之日起，就已經(jīng)知道改變頻率可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速了。 閘流管的問(wèn)世，使變頻調(diào)速的夢(mèng)想出現(xiàn)了能夠?qū)崿F(xiàn)的希望。但設(shè)備的龐大與昂貴，使它無(wú)法進(jìn)入實(shí)用的階段。 直到20世紀(jì)的60年代，隨著晶閘管的出現(xiàn)及其應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用的階段。但由于許多技術(shù)問(wèn)題解決得還不夠完善，調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)難以和直流電機(jī)相匹敵，因而未能達(dá)到推廣應(yīng)用的階段。 70年代末期以來(lái)，一方面，矢量控制理論的提出和實(shí)施，使變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到了與直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)十分接近的地步；另一方面，電力電子器件的飛速發(fā)展，也使SPWM調(diào)制技術(shù)日臻完善，變頻調(diào)速器的體積越做越小，價(jià)格也達(dá)到了用戶能夠接受的程度。變頻調(diào)速這才進(jìn)入了普及應(yīng)用的階段。 2、變頻調(diào)速為什么常縮寫成VVVF？ VVVF的全稱是Variable Voltage Variable Frequency，意思是“變壓變頻”。 原來(lái)，在交流異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)，外加的電源電壓主要和繞組的反電勢(shì)相平衡，而繞組的反電勢(shì)則與電流的頻率和每極下的磁通量有關(guān)： U≈E=4.44 W1f=Kef………………(1-3) 可見(jiàn)，磁通量的大小與電壓和頻率的比值有關(guān)： ≈U/Kef=Ke•U/f………………(1-4) 式中：U——電源相電壓 E1——每相定子繞組的反電勢(shì) W1——每相定子繞組的匝數(shù) ——每個(gè)磁極下的磁通量 Ke、Ke——常數(shù) 式(1-4)表明：當(dāng)頻率下降時(shí)，如果電壓不變，則磁通量將增加，引起電機(jī)鐵心的飽和。這當(dāng)然是不允許的。因此，為了保持電機(jī)內(nèi)的磁通量基本不變，在改變頻率的同時(shí)，也必須改變電壓。 3、交—直—交是什么意思？ 變頻裝置有兩大類：一類是由工業(yè)頻率直接轉(zhuǎn)接成可變頻率的，稱為“交—交變頻”。另一類就是“交—直—交變頻”，意思是：先把工業(yè)頻率的交流整流成直流，再把直流“逆變”成頻率可變的交流，如圖1-1所示。 圖1-1 交—直—交的電路結(jié)構(gòu) 4、電壓型的主要特點(diǎn)是什么？ 交—直—交變頻裝置按直流部分貯能方式的不同分為： (1) 電壓型 貯能元件為濾波電容C，如圖1-2a所示。其工作特點(diǎn)是電壓基本不變。 (2) 電流型 貯能元件為電抗器l，如圖1-2b所示。其工作特點(diǎn)是電流基本不變。 圖1-2 電壓型和電流型 5、SPWM代表什么？ SPWM的全稱是Sine Pulse Width Modulation，意思是正弦脈沖寬度調(diào)制。這是實(shí)現(xiàn)改變頻率的同時(shí)也改變電壓的一種調(diào)制方式。 變壓變頻的基本方式有兩種： (1) 在改變頻率的同時(shí)也改變幅值，稱為脈幅調(diào)制，簡(jiǎn)寫為PAM，如圖1-3a所示。 圖1-3 脈幅調(diào)制和脈寬調(diào)制 (2) 在改變頻率時(shí)，脈沖的幅值不變，而通過(guò)改變脈沖的占空比來(lái)改變其平均電壓，稱為脈寬調(diào)制，簡(jiǎn)寫為PWM，如圖1-3b所示。 SPWM的特點(diǎn)是：脈沖序列中的脈沖寬度和脈沖間的間隔寬度是按正弦規(guī)律安排的，如圖1-4。 圖1-4 SPWM的波形變頻器的正弦規(guī)律 6、直流是怎樣“逆變”成交流的？ 如圖1-5，K1~K4是開(kāi)關(guān)器件，M是負(fù)載，A、B間通以直流電壓UD。 圖1-5 逆變?cè)? 先令K1|K4閉合，K2、K3斷開(kāi)。則電流的路徑如實(shí)線空心箭頭所示，C、D間的電壓為C“+”、D“-”。再令K1、K4斷開(kāi)，K2、K3閉合，則電流的路徑如虛線實(shí)心箭頭所示，C、D間的電壓為C“-”、D“+”。 如使上述兩種狀態(tài)不停地交替工作，則負(fù)載M上所得到的便是交流電壓了。 用六個(gè)開(kāi)關(guān)器件，使它們按三相間互差三分之一周期的規(guī)律交替工作，就可將直流電“逆變”成三相交流電了，如圖1-6。 圖1-6 三相逆變電器 7、常用的開(kāi)關(guān)器件有哪些？ 目前，在中、小型變頻調(diào)速器中用得最多的是功率晶體管，為了提高放大倍數(shù)，常做成達(dá)林頓管，如圖1-7a所示，一般電路圖中仍畫成單管，如圖1-7b所示，代表符號(hào)是CTR或BTR。 圖1-7 功力晶體管 容量較大的變頻調(diào)速器中則常用可關(guān)斷晶閘管，其代表符號(hào)是GTO，圖形符號(hào)如圖1-8所示。 已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段的最新器件有：絕緣柵雙極晶體管，代號(hào)IGBT，圖形符號(hào)如圖1-9所示。正在開(kāi)發(fā)并已經(jīng)取得成果的新品種還有不少，不再一一贅述。 圖1-8與1-9 8、變頻調(diào)速器的主電路是怎樣構(gòu)成的？ 交—直—交電壓型變頻調(diào)速器主電路的基本結(jié)構(gòu)如圖1-10。圖中，DR是三相整流。RA是限流電阻，限制變頻器剛合上電源時(shí)，對(duì)濾波電容C的充電電流。當(dāng)C充電到一定程序后，晶閘管VT導(dǎo)通，RA將不再起限流作用。功率晶體管V1~V6組成三相逆變橋，將直流電逆變成三相交流電后供電給電動(dòng)機(jī)M。二極管V01~V06的作用是：在逆變過(guò)程中，當(dāng)晶體管的e極電位高于c集電位時(shí)提供續(xù)流回路；在電動(dòng)機(jī)降速過(guò)程中提供能量反饋(再生)回路。RB是電動(dòng)機(jī)在再生制動(dòng)過(guò)程中的耗能電阻，VB在電動(dòng)機(jī)降速過(guò)程中導(dǎo)通，提供耗能回路。如RB阻值太大，可在接線端P和DB之間接入外接制動(dòng)電阻 圖1-10 主電路的結(jié)構(gòu) 9、變頻調(diào)速器有哪些額定數(shù)據(jù)？ 變頻調(diào)速器主要的額定數(shù)據(jù)如下： (1) 最高輸入電壓Umax為了適應(yīng)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，Umax通常規(guī)定為額定工作電壓的1.15倍。 (2) 最大輸出電流Imax這是最重要的一個(gè)數(shù)據(jù)，也是選擇變頻器容量時(shí)的最主要依據(jù)。 (3) 最大輸出容量Smax必須注意的是：說(shuō)明書中給出的容量是按最大工作電壓算出的，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)工作電壓進(jìn)行修正。 10、說(shuō)明書中的“配用電動(dòng)機(jī)容量”能不能作為選擇變頻器容量的依據(jù)？ 如電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的是連續(xù)恒定負(fù)載(如風(fēng)機(jī))，則可以。但對(duì)于連續(xù)變動(dòng)負(fù)載、繼續(xù)負(fù)載和短時(shí)負(fù)載來(lái)說(shuō)，則只能作參考，而不能作依據(jù)。這是因?yàn)?，在這些負(fù)載中，決定電動(dòng)機(jī)容量的主要因素是發(fā)熱問(wèn)題。只要溫升不超過(guò)允許范圍，短時(shí)間的過(guò)載(在過(guò)載能力范圍內(nèi))對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)是正常。例如，一臺(tái)3.7kW的電動(dòng)機(jī)，在實(shí)際工作中，其輸出功率有時(shí)可達(dá)4.0kW或4.5kW。而變頻調(diào)速器的過(guò)載能力則十分有限。在大多數(shù)情況下，變頻器的容量應(yīng)放大一檔。