如何選用變頻器-建筑電氣2009.3

如 何 選 用 變 頻 器
吳忠智 (北京中瑞電子系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)院，北京市 100039)
How to Select Frequency Convertors
Wu Zhongzhi(Electronic Systems Engineering Design Institute BJZR，Beijing 100039，China)
Abstract Frequency convertors are widely applied 開關(guān)頻率 200 Hz，可制作高壓大功率變頻器 ．價(jià)格
in the driving field．How to appropriately select the 便宜，缺點(diǎn)是效率低、諧波大、噪音大。
frequency convertors is comprehensively analyzed and
可關(guān)斷晶閘管 GTO出現(xiàn)于 1960年 。現(xiàn)耐壓達(dá)
introduced，including the understanding of the inversion
9．5 kV，電流達(dá) 2．5 kA，正向壓降 1～3 V．開關(guān)頻
elements of the frequency convertor，topological circuit，
the control mode of the frequency convertor on the driving 率 400 Hz，用于制作地鐵、礦用高壓大功率交 一交變
motor and the load—torque characteristic， etc．In the 頻器，缺點(diǎn)仍是諧波大、效率低。
application of frequency convertors， it should be
高功率晶體管 GTR模塊 出現(xiàn)于1980年 ，目前正
considered that there are harmonics in the input and
在被逐漸淘汰。
output current and the relevant matching equipments for
絕緣柵雙極型晶體管 IGBT及模塊 出現(xiàn)于1988
harmonic suppression should be selected．
Key words Frequency convertor Power 年 ，電壓達(dá) 4 kV (5 kV)，電流 2 kA，正向壓降 1～
electronic devices Topological circuit Load 2V。開關(guān)頻率 3 kHz，現(xiàn)普遍采用此元器件制作高、
characteristic Harmonic
低壓大小功率變頻器，在同等情況下比前述元器件制
作的變頻器價(jià)格要高，但可做到靜音、諧波少、效率
摘 要 變頻器在傳動(dòng)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。對(duì)如何正 高。1990年把 IGBT與控制電路 、電源保護(hù)電路集成
確選用變頻器作了全面分析與介紹。包括 了解變頻器 在一個(gè)芯片上的智能功率模塊 IPM，具有可靠性高、
的逆變?cè)?、拓?fù)潆娐?，變頻器對(duì)拖動(dòng)電機(jī)的控制方 體積小的特點(diǎn)。
式、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性等。在應(yīng)用變頻器時(shí)，應(yīng)考慮變頻 上述元器件的發(fā)展，使以這些元器件作為逆變?cè)?br/>器的輸入輸出電流中含有諧波．要選用相應(yīng)的抑制諧 件的變頻器得以發(fā)展 (變頻器按器件分類見表 1)。變
波的配套設(shè)備。 頻器要求逆變?cè)欣硐氲撵o態(tài)特性．即：在阻斷狀
關(guān)鍵詞 變頻器 電力電子器件 拓?fù)潆娐?負(fù) 態(tài)時(shí)能承受高電壓 ；在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí) ，能通過(guò)大電流 ，
載特性 諧波 有較低 的導(dǎo)通壓降，損耗小 ，發(fā)熱量小 ；在開關(guān)狀
態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，具有短的開、關(guān)時(shí)間，即開關(guān)頻率高，
變頻器應(yīng)用中存在的問(wèn)題，絕大部分都是因設(shè)計(jì) 而且能承受高的d“／d￡(電壓上升率)。具有全控功
上考慮不周，選用不當(dāng)造成的。其后果不但造成經(jīng)濟(jì) 能，長(zhǎng)壽命 ，結(jié)構(gòu)緊湊 ，體積小，成本低等特點(diǎn)。
損失，而且使配電系統(tǒng)解列。筆者在此總結(jié)變頻器的 上述這些電力電子器件有些是滿足部分要求 ，有
應(yīng)用經(jīng)驗(yàn) ．列出選用變頻器的基本要點(diǎn)，以求達(dá)到安 些是逐步向這個(gè)方向發(fā)展。雖然逆變?cè)膬r(jià)格幾乎
全應(yīng)用變頻器的目的，供同仁參考。 不超過(guò)變頻器的20％～30％，但是整臺(tái)設(shè)備的價(jià)格和
性能在很大程度上受到這些器件特性的影響。要設(shè)計(jì)
1 變頻器的逆變?cè)骷?br/>出高效、可靠、性價(jià)比高的系統(tǒng)，必須對(duì)這些器件及
半導(dǎo)體器件是現(xiàn)代電力電子設(shè)備的核心，變頻器就 其特性有深入的了解，要知道器件不同，變頻器性能
是一直隨著電力電子器件的發(fā)展而發(fā)展的。 就不同。副作用也不一樣。
硅晶閘管 SCR出現(xiàn)于1957年，現(xiàn)在生產(chǎn)的SCR， 例如某工程隨成套設(shè)備帶來(lái)的采用 SCR作逆變
其耐壓可達(dá) 12 kV，電流達(dá) 3．5 kA，正向壓降2 V， 元件的變頻器，價(jià)格便宜，但諧波電流大，致使剩余
3建 錳電乞。
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2D口9年第3期I EL囂 RICn繁
電流動(dòng)作保護(hù)經(jīng)常跳閘。提高剩余電流動(dòng)作保護(hù)的整 正組 負(fù)組
定值后不跳 了，但差動(dòng)保護(hù)跳了，使配電系統(tǒng)解列。 一 7 7 7
一 —— —— —— —— 一
后來(lái)加了濾波器才得以解決。 —1 1
差 覽
2 變頻器的拓?fù)潆娐?br/>—— —— —— —— I 7—— _— 7—— —— 7一
變頻器的拓?fù)潆娐凡煌?。功能效率就不同，要根?jù)
圖 1 交 一交變頻器拓?fù)潆娐?br/>應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行選擇。目前普遍應(yīng)用的有下列幾種。
Fig．1 Topological circuit of the AC—AC frequency conveaor
2．1 交一交變頻器
交 一交變頻器是指無(wú)直流中間環(huán)節(jié) ，直接將電網(wǎng)頻 路 、6脈波非分離負(fù)載橋式電路 、12脈波橋式電
率 (f)的電壓變換為比電網(wǎng)頻率低而可變的輸出電壓 路、3脈波帶中點(diǎn)三角形負(fù)載電路、3脈波環(huán)形電路。
的變換器，見圖 1。電路方式有：6脈波分離負(fù)載橋式電 2。2 交 一直 一交變頻器 【分類見表 2)
表 1 變頻器按器件分類
Tab．1 Classification of frequency conve~om by devices
變頻器 逆變器部分所用 控制電動(dòng)機(jī) 變頻器 應(yīng)用場(chǎng)合 適用行業(yè)
元器件 輸出功率
交 一直變流器 (斬波器)、 晶閘管 直流電動(dòng)機(jī) 交流電動(dòng)機(jī)、整流電源 高壓大功率 耗能大、 石油化工、
交 一交變頻器 、 精度要求不高 冶金
交 一交變頻器、 異步電動(dòng)機(jī) 調(diào)速性能
交一直一交VSI(電壓源)變頻器、 CTR (籠型和繞線轉(zhuǎn)子) 中、小功率 要求低 各行業(yè)
交一直一交CSI(電流源)變頻器 (2象限運(yùn)行)
IGBT變頻器 高、中壓， 調(diào)速性能 各行業(yè)、
IGBT、IGCT 異步電動(dòng)機(jī)
IGCT變頻器 、 (集成門極換向晶閘管) 同步電動(dòng)機(jī) 中、大功率 要求高 采礦、
、
1～50MW (4象限運(yùn)行) 船舶
IGCT變頻器、 IGCT、 特殊電動(dòng)機(jī)：開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)
IGBT變頻器、 IGBT、 (SRM)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) (BDCM)、 伺服控制 加工工業(yè)
IPM變頻器 IPM 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、直線電動(dòng)機(jī)
MOSFET變頻器、 MOSFET(功率場(chǎng)效應(yīng) 輕型、 航空航天
IGBT變頻器、IPM變頻器 晶體管)、IGBT、IPM 微型電源
表 2 交一直 一交變頻器的分類
Tab．2 Classification of the AC—DC—AC frequency couvertoys
主回路 逆變器部分 主圃路構(gòu)成
方式 控制方式 所用元器件 輸出波形 特點(diǎn)
標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成 需要再生肘
IGPTMR、、GIGT0BT、 n11 酋 可逆整流器 通用性好高經(jīng)功濟(jì)(不率性選因好擇數(shù)、 負(fù)載)、
電壓控制 t 或制動(dòng)回路
’t 睜 悟r— P 通用性好
電壓型 晶閘管 ．．
電流控制 0n11 門nnnn~" L L J 響應(yīng)快、
’， 一 N 高功率因數(shù)
l
電壓控制 晶閘管 ． ． I／廣 有利于頻繁加
電流型 GTR ／ 曰 、 減速
電流控制 GTO、、 ／。 0n廠]r 響應(yīng)快
IGBT ／
42．2．1 交 一直 一交電流源型變頻器 (CSI) = … 】．， c0s 】 (1)

"如何選用變頻器"是《建筑電氣》2009年3期中可能探討的一個(gè)技術(shù)專題。在該文章中，通常會(huì)詳細(xì)闡述變頻器在建筑電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用及選型原則，內(nèi)容可能包括： 1. 變頻器基本概念與原理：介紹變頻器的工作原理、類型（如電壓源型、電流源型等）及其在交流電機(jī)調(diào)速中的作用。 2. 建筑電氣系統(tǒng)需求分析：針對(duì)不同類型的建筑設(shè)備（如電梯、空調(diào)、水泵、風(fēng)機(jī)等），解釋其對(duì)變頻器性能的需求，如頻率調(diào)節(jié)范圍、功率因數(shù)、效率、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間、控制方式（V/f、矢量控制等）等。 3. 選型依據(jù)與參數(shù)匹配：列舉并解釋變頻器的主要參數(shù)，如額定電壓、頻率、容量、過(guò)載能力、保護(hù)功能等，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景給出具體的選擇依據(jù)，例如電機(jī)功率、啟動(dòng)電流、負(fù)載特性、環(huán)境條件等。 4. 考慮因素的綜合評(píng)估：除了上述技術(shù)參數(shù)外，還會(huì)強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)性、可靠性和維護(hù)方便性等因素在變頻器選型中的重要性，以及國(guó)內(nèi)外品牌和市場(chǎng)情況的影響。 5. 實(shí)際案例與解決方案：通過(guò)具體的工程實(shí)例，展示在實(shí)際應(yīng)用中如何進(jìn)行變頻器的合理選擇與配置，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)能效果。 總之，《建筑電氣》2009年3月刊的這一篇文章將為讀者提供一個(gè)全面且實(shí)用的變頻器選型指南，幫助讀者更好地理解和應(yīng)用變頻技術(shù)于建筑電氣領(lǐng)域。