變頻器基礎知識

2024-11-25

變頻器的分類

（1）按直流電源的性質分類

變頻器中間直流環節用于緩沖無功功率的儲能元件可以是由電容或是電感，據此變頻器可分成電壓型變頻器和電流型變頻器兩大類。

電流型變頻器的特點是中間直流環節采用大電感作為儲能元件，無功功率將由該電感來緩沖。電流型變頻器的一個較突出的優點是，當電動機處于再生發電狀態是，回饋到直流側的再生電能可以方便地回饋交流電網，不需要在主電路內附加任何設備。電流型變頻器常用于頻繁急加減速的大容量電動機的傳動。在大容量風機、泵類節能調速中也有應用。

電壓變頻器的特點是中間直流環節的儲能元件采用大電容，用來緩沖負載的無功功率。對負載而言，變頻器是一個交流電壓源，在不超過容量限度的情況下，可以驅動多臺電動機并聯運行，具有不選擇負載的通用性。缺點是電動機處于再生發電狀態時，回饋到直流側的無功能量難于回饋給交流電網。要實現這部分能量向電網的回饋，必須采用可逆變流器。

（2）按變換環節分類

1）交-交變頻器

交-交變頻器是將工頻交流電直接變換成頻率電壓可調的交流電（轉換前后的相數相同），又稱直接式變頻器。對于大容量、低轉速的交流調速系統，常采用晶閘管交一交直接變頻器直接驅動低速電動機，可以省去龐大的齒輪減速箱。

其缺點是：最高輸出頻率不超過電網頻率的l/3～1/2，且輸入功率因數較低，諧波電流含量大，諧波頻譜復雜，因此必須配置大容量的濾波和無功補償設備。

近年來，又出現了一種應用全控型開關器件的矩陣式交一交變壓變頻器，采用PWM控制方式，可直接輸出變頻電壓。這種調速方法的主要優點是：

① 輸出電壓和輸人電流的低次諧波含量都較小。

② 輸入功率因數可調。

③ 輸出頻率不受限制。

④ 能量可雙向流動，可獲得四象限運行。

⑤ 可省去中間直流環節的電容元件。

2）交-直-交變頻器

交-直-交變頻器是先把工頻交流電通過整流器變成直流電，然后再把直流電變換成頻率電壓可調的交流電，又稱間接式變頻器。把直流電逆變成交流電的環節較易控制，在頻率的調節范圍，以及改善變頻后電動機的特性等方面，都具有明顯的優勢。

由于其存在著中間低壓環節，所以具有電流大、結構復雜、效率低、可靠性差等缺點。

（3）按輸出電壓調節方式分類

變頻調速時，需要同時調節逆變器的輸出電壓和頻率，以保證電動機主磁通的恒定。對輸出電壓的調節主要有PAM方式和PWM方式兩種。

1）PAM方式

脈沖幅值調制方式（PAM—Pulse Amplitude Modulation）是通過改變直流電壓的幅值進行調壓的方式。在變頻器中，逆變器只負責調節輸出頻率，而輸出電壓的調節則由相控整流器或直流斬波器通過調節直流電壓實現。

此種方式下，系統低速運行時諧波與噪聲都比較大，所以當前幾乎不采用，只有與高速電動機配套的高速變頻器中才采用。采用PAM調壓時，變頻器的輸出電壓波形如下圖所示。

2）PWM方式

脈沖寬度調制方式（PWM—Pulse Amplitude Modulation）。利用參考電壓波uR與載波三角波ut互相比較決定主開關器件的導通時間而實現調壓，利用脈沖寬度的改變得到幅值不同的正弦基波電壓。這種參考信號為正弦波，輸出電壓平均值近似正弦波的PWM方式稱為正弦PWM方式稱為正弦PWM調制，簡稱SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）方式。