變頻技術(shù)誕生背景是交流電機無級調(diào)速的廣泛需求。傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)因體積大故障率高而應(yīng)用受限。
20世紀(jì)60年代以后,電力電子器件普遍應(yīng)用了晶閘管及其升級產(chǎn)品。但其調(diào)速性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足需要。1968年以丹佛斯為代表的高技術(shù)企業(yè)開始批量化生產(chǎn)變頻器,開啟了變頻器工業(yè)化的新時代。
20世紀(jì)70年代開始,脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM-VVVF)調(diào)速的研究得到突破,20世紀(jì)80年代以后微處理器技術(shù)的完善使得各種優(yōu)化算法得以容易的實現(xiàn)。
20世紀(jì)80年代中后期,美、日、德、英等發(fā)達(dá)國家的 VVVF變頻器技術(shù)實用化,商品投入市場,得到了廣泛應(yīng)用。 早的變頻器可能是日本人買了英國專利研制的。不過美國和德國憑借電子元件生產(chǎn)和電子技術(shù)的優(yōu)勢,高端產(chǎn)品迅速搶占市場。
相比較國外變頻器的發(fā)展?fàn)顩r,我國的變頻器應(yīng)用起步較晚,直到20世紀(jì)90年代末期才得到較為廣泛的推廣。國內(nèi)變頻技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r,可以概括為:變頻器的整體技術(shù)相對落后,和國外在變頻調(diào)速研宄上取得的先進(jìn)成果比,存在著較大的差距;變頻器使用的核心部件技術(shù)空白,目前來說,變頻器的生產(chǎn)中需要的關(guān)鍵功率器件,在國內(nèi)幾乎沒有廠家可以生產(chǎn),導(dǎo)致我們核心技術(shù)受制于國外,必須依靠進(jìn)口;主要產(chǎn)品集中在低壓產(chǎn)品和中低端市場。由于產(chǎn)品可靠性和工藝水平不高,目前國內(nèi)變頻器產(chǎn)品主要面向低壓和對性能要求一般的市場,高性能、大功率市場主要被國外大公司占領(lǐng)。
步入21世紀(jì)后,國產(chǎn)變頻器逐步崛起,現(xiàn)已逐漸搶占高端市場。上海和深圳成為國產(chǎn)變頻器發(fā)展的前沿陣地。
按直流電源的性質(zhì)分類
在交-直-交型變頻器中,按主電路電源變換成直流電源的過程中,直流電源的性質(zhì)分為電壓型變頻器和電流型變頻器。
變頻器常見的頻率給定方式主要有:操作器鍵盤給定、接點信號給定、模擬信號給定、脈沖信號給定和通訊方式給定等。這些頻率給定方式各有優(yōu)缺點,必須按照實際的需要進(jìn)行選擇設(shè)置,同時也可以根據(jù)功能需要選擇不同頻率給定方式進(jìn)行疊加和切換。
矢量控制(VC)方式
矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動機在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相-二相變換,等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1Ib1,再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換,等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1(Im1相當(dāng)于直流電動機的勵磁電流;It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流),然后模仿直流電動機的控制方法,求得直流電動機的控制量,經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換,實現(xiàn)對異步電動機的控制。其實質(zhì)是將交流電動機等效為直流電動機,分別對速度,磁場兩個分量進(jìn)行獨立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈,然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量,經(jīng)坐標(biāo)變換,實現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應(yīng)用中,由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測,系統(tǒng)特性受電動機參數(shù)的影響較大,且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜,使得實際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。