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變頻調速技術的發展與應用
文章作者:wubaiyi 上傳更新:2018-02-11

于變頻調速在頻率范圍、動態響應、調速精度、低頻轉矩、轉差補償、通訊功能、智能控制、功率因數、工作效率、使用方便等方面是以往的調速方式無法比擬的,它以體積小、重量輕、通用性強、拖動領域寬、保護功能完善、可靠性高、操作簡便等優點,深受鋼鐵、有色、礦山、石油、石化、化工、醫藥、紡織、機械、電力、輕工、建材、造紙、煤炭、卷煙、自來水等行業的歡迎,社會效益非常顯著。它優于以往的任何調速方式,如變極調速、調壓調速、滑差調速、串級調速、整流子電機調速、液力耦合調速,乃至直流調速而成為電機調速的佼佼者。
   本文站在新世紀之初,回顧19世紀80年代末的變頻狀況,詳實地報告了我國這十多年變頻技術、變頻市場的變化及變頻技術的重要應用。
   正確地說,我國變頻器的市場化始于80年代后期,**家商品化的變頻器當屬日本三墾變頻器,香港力達公司作為三墾的總代理,在國內巡回講座變頻技術(當時是SVF型)。緊接著,日本富士變頻器推入中國(富士5型)。所以說80年代末,我國的變頻市場是被三墾、富士占領著,盡管在這以前,機械部的西安電力電子技術研究所研制電流型變頻器,天津電氣傳動研究所研制著電壓型變頻器,大連電機廠買了日本東芝技術,都沒形成規模。那么,到現在,除了日本三墾、富士變頻器,還有三菱、東芝、安川、明電舍、日立、春日、松下、東洋、AB、羅賓康、通用、KB、摩托托尼、西門子、倫茨、ABB、丹佛斯、西技來克、阿爾斯通、施耐德、安薩爾多、SEW、住友、三木、CT、VACON、KEB、RELIANCE、TE、伊林、歐陸、三星、LG、臺安、東元、普傳、安邦信、森蘭、佳靈、吉納、先行、安圣(華為)、時代、利德華福、富凌、九德松益、利佳、賀盛達、格立特、同方、隆達、惠豐、HOLIP、MSC、ALIPHA、隆興、愛德利、臺達、大晉、寧茂、陽網、士林、南昱、康沃、建業、風光電子、凱奇、裕丸、VF-A3(遼無一廠)、DVF-C(東宇)、四維、歐林、騰龍、維晶美、先馬、HIC(華能)、天傳、西電子等八十多個品牌。好似龍爭虎躍,其中在中國建立合資廠的有:富士(無錫)、ABB(北京)、西門子(天津)、三墾(江陰)。可喜的是,中國涌現不少變頻器廠家,除臺灣外,如安圣、佳靈、利德華福等。
   變頻技術上的進展更為顯著。80年代末的變頻器,技術上還不很完善,有的如缺少避開頻率點功能和瞬時停電自動再起動功能等,而目前的變頻器,功能非常強,除具有轉矩提升、轉差補償、轉矩限定、直流制動、多段速度設定、S型運行、頻率跳躍、瞬時停電自動再啟動、重試功能等性能外,還有A、直接轉矩控制,實現高起動轉矩。0轉數時,轉矩輸出***。B、低干擾控制方式。C、通信功能、RS485接口,可以選用各種總線。如Profibus 、Interbus等。通用變頻器容量也有所放大。如:日本富士、日本明電舍達到了315kW,而西門子可以做到800kW。總的感覺,許多變頻器基本相通,各有千秋。如日本變頻器年代早、產量大、可靠性高、設計細化。西門子變頻器范圍大、電壓等級多、功能多。歐洲變頻器不但有通信功能,而且有通信協議。富士7.5kW以下內置制動單元和制動電阻,三墾IPF系列備有恒壓供水基板(IWS),丹佛斯變頻器具有較強的濾掉諧波功能等。變頻器的核心逆變元件也由GTR轉為IGBT。這十多年是變頻技術發展的十年,是變頻技術不斷完善的十年。那么,變頻器的價格呢?是不斷降低的十年。以富士變頻器為例:一臺水泵用的280kW變頻器,80年代末需28~30萬元一臺。而現在只需14~16萬元一臺。表1列出了富士變頻器1990年和2000年的市場價。那時買一臺,現在可以買二臺。

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作為一種無觸點的半導體開關器件,其允許反復導通和關斷的次數幾乎是無限的,并且導通的控制也十分方便。這是一般的“通-斷開關”所望塵莫及的,從而使實現異步電動機的變頻調速取得了突破。但由于變頻器的逆變電路是在直流電壓下工作的,而SCR在直流電壓下又不能自行關斷,因此,要實現逆變,還**增加輔助器件和相應的電路來幫助它關斷。所以,盡管當時的變頻調速裝置在個別領域(如風機和泵類負載)已經能夠實用,但未能進入大范圍的普及應用階段。 ⑵門極關斷(GTO)晶閘管 SCR在一段時間內,幾乎是能夠承受高電壓和大電流的****半導體器件。因此,針對SCR的缺點,人們很自然地把努力方向引向了如何使晶閘管具有關斷能力這一點上,并因此而開發出了門極關斷晶閘管。 GTO晶閘管的基本結構和SCR類似,它的三個極也是:陽極(A)、陰極(K)和門極(G)。其圖行符號也和SCR相似,只是在門極上加一短線,以示區別。 GTO晶閘管的基本電路和工作特點是: ①在門極G上加正電壓或正脈沖(開關S和至位置1)GTO晶閘管即導通。其后,即使撤消控制信號(開關回到位置0),GTO晶閘管仍保持導通。可見,GTO晶閘管的導通過程和SCR的導通過程完全相同。

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