電力電子器件的制造技術迅速發展為交流調速技術的發展奠定了極為有利的技術條件和物質基礎,不但使交流電動機調速系統的調速性能可以同直流電動機相媲美,而且成本和維護費用比直流電動機系統更低,可靠性更高。目前,先進的工業國家生產直流傳動裝置己呈下降趨勢,而交流變頻調速裝置的生產大幅度上升。因此,采用高效率經濟型的交流調速系統來取代原有的直流電動機調速系統,是電機調速技術發展的新動向。
交-交變頻器的類型與特點
變頻器是將頻率固定(通常為50Hz)的交流電(三相或單相)變換成頻率連續可調(多數為0~400Hz)的三相交流電源。
變頻器主要分為兩大類:即交-交變頻器和交-直-交變頻器。兩類變頻器見圖1和圖2。
圖1 交-交變頻器
圖2 交-直-交變頻器
交-直-交間接變頻器由整流器(交-直變流器)、逆變器(直-交變流器)及中間直流環節(電抗器)三部分組成。整流器中的晶閘管用電源的交流電壓關斷,逆變器的晶閘管用負載同步電動機的定子交流電壓關斷。變頻器輸出電流幅值由整流器控制,輸出頻率由逆變器控制。
二者主要區別為:前者是把頻率固定的交流電直接變換成頻率連續可調的交流電;后者是把頻率固定的交流電整流成直流電,再把直流電逆變成頻率可調的交流電。前者流過電動機的電流近似于三相正弦,附加損耗小,轉矩脈動小,當電源頻率為50Hz時最大輸出頻率不超過20Hz,主電路器件較多,由于無中間環節,效率較高;后者定子電流為120°方波,電動機損耗大,轉矩脈動,無輸出頻率限制。
從兩者區別可以清楚的看出,電源自然換相的交-交變頻調速和負載自然換相的交-直-交變頻調速各自的應用范圍:交-交變頻調速用于大功率(500kW以上或1000kW以上)、低速(600r/min以下)場合;交-直-交變頻調速用于大功率、600r/min以上、負載較平穩的場合。
交-交變頻器的原理
以單相輸出的交-交變頻器為例,如圖3所示,它實質上是一套三相橋式無環流反并聯的可逆整流裝置。裝置中工作晶閘管的關斷通過電源交流電壓的自然換相實現。如果觸發裝置的控制信號ust是直流信號,即觸發角不變,變頻器的輸出電壓也是直流;若ust是交流信號,即觸發角是變化的,相應變頻器的輸出電壓也是交流,實現變頻。由于這種變頻器無中間直流環節,故稱為交-交變頻器。
圖3 單相輸出交-交變頻器