變頻技術(shù)誕生背景是交流電機(jī)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(shí)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(shí)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(shí)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。
1)運(yùn)算電路:將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進(jìn)行比較運(yùn)算,決定逆變器的輸出電壓、頻率。
(2)電壓、電流檢測電路:與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。
(3)驅(qū)動(dòng)電路:驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。
(4)速度檢測電路:以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測器(tg、plg等)的信號為速度信號,送入運(yùn)算回路,根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。
(5)保護(hù)電路:檢測主電路的電壓、電流等,當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時(shí),為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞。
變頻器還可以廣泛應(yīng)用于傳送、起重、擠壓和機(jī)床等各種機(jī)械設(shè)備控制領(lǐng)域,它可以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量,減少設(shè)備的沖擊和噪聲,延長設(shè)備的使用壽命。采用變頻調(diào)速控制后,使機(jī)械系統(tǒng)簡化,操作和控制更加方便,有的甚至可以改變原有的工藝規(guī)范,從而提高了整個(gè)設(shè)備的功能。例如,紡織和許多行業(yè)用的定型機(jī),機(jī)內(nèi)溫度是靠改變送入熱風(fēng)的多少來調(diào)節(jié)的。輸送熱風(fēng)通常用的是循環(huán)風(fēng)機(jī),由于風(fēng)機(jī)速度不變,送入熱風(fēng)的多少只有用風(fēng)門來調(diào)節(jié)。如果風(fēng)門調(diào)節(jié)失靈或調(diào)節(jié)不當(dāng)就會(huì)造成定型機(jī)失控,從而影響成品質(zhì)量。循環(huán)風(fēng)機(jī)高速啟動(dòng),傳動(dòng)帶與軸承之間磨損非常厲害,使傳動(dòng)帶變成了一種易耗品。在采用變頻調(diào)速后,溫度調(diào)節(jié)可以通過變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的速度來實(shí)現(xiàn),解決了產(chǎn)品質(zhì)量問題。此外,變頻器能夠很方便地實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)在低頻低速下啟動(dòng)并減少了傳動(dòng)帶與軸承之間的磨損,還可以延長設(shè)備的使用壽命,同時(shí)可以節(jié)能40%。
直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式
1985年,德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足,并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動(dòng)上。 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī),因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算;它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制,也不需要為解耦而簡化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。