1、變頻調速技術是怎樣發展起來的？ 變頻可以調速這個概念，可以說是交流電動機“與生俱來”的。同步電動機不消說，即使是異步電動機，其轉速也是取決于同步轉速(即旋轉磁場的轉速)的 n=n1(1-S)………………(1-1) 式中：n——電動機的轉速，m/min n1——電動機的同步轉速，r/min S——電動機的轉差率 而同步轉速則主要取決于頻率 n1=60f/p………………(1-2) 式中：f——頻率，Hz p——磁極對數 所以說，交流電動機從誕生之日起，就已經知道改變頻率可以調節轉速了。 閘流管的問世，使變頻調速的夢想出現了能夠實現的希望。但設備的龐大與昂貴，使它無法進入實用的階段。 直到20世紀的60年代，隨著晶閘管的出現及其應用技術的迅速發展，變頻調速開始進入實用的階段。但由于許多技術問題解決得還不夠完善，調速系統的性能指標難以和直流電機相匹敵，因而未能達到推廣應用的階段。 70年代末期以來，一方面，矢量控制理論的提出和實施，使變頻調速系統的性能指標達到了與直流電機調速系統十分接近的地步；另一方面，電力電子器件的飛速發展，也使SPWM調制技術日臻完善，變頻調速器的體積越做越小，價格也達到了用戶能夠接受的程度。變頻調速這才進入了普及應用的階段。 2、變頻調速為什么常縮寫成VVVF？ VVVF的全稱是Variable Voltage Variable Frequency，意思是“變壓變頻”。 原來，在交流異步電動機內，外加的電源電壓主要和繞組的反電勢相平衡，而繞組的反電勢則與電流的頻率和每極下的磁通量有關： U≈E=4.44 W1f=Kef………………(1-3) 可見，磁通量的大小與電壓和頻率的比值有關： ≈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 W1——每相定子繞組的匝數 ——每個磁極下的磁通量 Ke、Ke——常數 式(1-4)表明：當頻率下降時，如果電壓不變，則磁通量將增加，引起電機鐵心的飽和。這當然是不允許的。因此，為了保持電機內的磁通量基本不變，在改變頻率的同時，也必須改變電壓。 3、交—直—交是什么意思？ 變頻裝置有兩大類：一類是由工業頻率直接轉接成可變頻率的，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—交的電路結構 4、電壓型的主要特點是什么？ 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制。這是實現改變頻率的同時也改變電壓的一種調制方式。 變壓變頻的基本方式有兩種： (1) 在改變頻率的同時也改變幅值，稱為脈幅調制，簡寫為PAM，如圖1-3a所示。 圖1-3 脈幅調制和脈寬調制 (2) 在改變頻率時，脈沖的幅值不變，而通過改變脈沖的占空比來改變其平均電壓，稱為脈寬調制，簡寫為PWM，如圖1-3b所示。 SPWM的特點是：脈沖序列中的脈沖寬度和脈沖間的間隔寬度是按正弦規律安排的，如圖1-4。 圖1-4 SPWM的波形變頻器的正弦規律 6、直流是怎樣“逆變”成交流的？ 如圖1-5，K1~K4是開關器件，M是負載，A、B間通以直流電壓UD。 圖1-5 逆變原理 先令K1|K4閉合，K2、K3斷開。則電流的路徑如實線空心箭頭所示，C、D間的電壓為C“+”、D“-”。再令K1、K4斷開，K2、K3閉合，則電流的路徑如虛線實心箭頭所示，C、D間的電壓為C“-”、D“+”。 如使上述兩種狀態不停地交替工作，則負載M上所得到的便是交流電壓了。 用六個開關器件，使它們按三相間互差三分之一周期的規律交替工作，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、常用的開關器件有哪些？ 目前，在中、小型變頻調速器中用得最多的是功率晶體管，為了提高放大倍數，常做成達林頓管，如圖1-7a所示，一般電路圖中仍畫成單管，如圖1-7b所示，代表符號是CTR或BTR。 圖1-7 功力晶體管 容量較大的變頻調速器中則常用可關斷晶閘管，其代表符號是GTO，圖形符號如圖1-8所示。 已經進入實用階段的最新器件有：絕緣柵雙極晶體管，代號IGBT，圖形符號如圖1-9所示。正在開發并已經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、變頻調速器的主電路是怎樣構成的？ 交—直—交電壓型變頻調速器主電路的基本結構如圖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，對濾波電容C的充電電流。當C充電到一定程序后，晶閘管VT導通，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機M。二極管V01~V06的作用是：在逆變過程中，當晶體管的e極電位高于c集電位時提供續流回路；在電動機降速過程中提供能量反饋(再生)回路。RB是電動機在再生制動過程中的耗能電阻，VB在電動機降速過程中導通，提供耗能回路。如RB阻值太大，可在接線端P和DB之間接入外接制動電阻 圖1-10 主電路的結構 9、變頻調速器有哪些額定數據？ 變頻調速器主要的額定數據如下： (1) 最高輸入電壓Umax為了適應電網電壓的波動，Umax通常規定為額定工作電壓的1.15倍。 (2) 最大輸出電流Imax這是最重要的一個數據，也是選擇變頻器容量時的最主要依據。 (3) 最大輸出容量Smax必須注意的是：說明書中給出的容量是按最大工作電壓算出的，實際應用時，應根據工作電壓進行修正。 10、說明書中的“配用電動機容量”能不能作為選擇變頻器容量的依據？ 如電動機驅動的是連續恒定負載(如風機)，則可以。但對于連續變動負載、繼續負載和短時負載來說，則只能作參考，而不能作依據。這是因為，在這些負載中，決定電動機容量的主要因素是發熱問題。只要溫升不超過允許范圍，短時間的過載(在過載能力范圍內)對電動機來說是正常。例如，一臺3.7kW的電動機，在實際工作中，其輸出功率有時可達4.0kW或4.5kW。而變頻調速器的過載能力則十分有限。在大多數情況下，變頻器的容量應放大一檔。