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变频调速技术的发展与应用
文章作者:wubaiyi 上传更新:2018-02-11

于变频调速在频率范围、动态响应、调速精度、低频转矩、转差补偿、通讯功能、智能控制、功率因数、工作效率、使用方便等方面是以往的调速方式无法比拟的,它以体积小、重量轻、通用性强、拖动领域宽、保护功能完善、可靠性高、操作简便等优点,深受钢铁、有色、矿山、石油、石化、化工、医药、纺织、机械、电力、轻工、建材、造纸、煤炭、卷烟、自来水等行业的欢迎,社会效益非常显著。它优于以往的任何调速方式,如变极调速、调压调速、滑差调速、串级调速、整流子电机调速、液力耦合调速,乃至直流调速而成为电机调速的佼佼者。
   本文站在新世纪之初,回顾19世纪80年代末的变频状况,详实地报告了我国这十多年变频技术、变频市场的变化及变频技术的重要应用。
   正确地说,我国变频器的市场化始于80年代后期,**家商品化的变频器当属日本三垦变频器,香港力达公司作为三垦的总代理,在国内巡回讲座变频技术(当时是SVF型)。紧接着,日本富士变频器推入中国(富士5型)。所以说80年代末,我国的变频市场是被三垦、富士占领着,尽管在这以前,机械部的西安电力电子技术研究所研制电流型变频器,天津电气传动研究所研制着电压型变频器,大连电机厂买了日本东芝技术,都没形成规模。那么,到现在,除了日本三垦、富士变频器,还有三菱、东芝、安川、明电舍、日立、春日、松下、东洋、AB、罗宾康、通用、KB、摩托托尼、西门子、伦茨、ABB、丹佛斯、西技来克、阿尔斯通、施耐德、安萨尔多、SEW、住友、三木、CT、VACON、KEB、RELIANCE、TE、伊林、欧陆、三星、LG、台安、东元、普传、安邦信、森兰、佳灵、吉纳、先行、安圣(华为)、时代、利德华福、富凌、九德松益、利佳、贺盛达、格立特、同方、隆达、惠丰、HOLIP、MSC、ALIPHA、隆兴、爱德利、台达、大晋、宁茂、阳网、士林、南昱、康沃、建业、风光电子、凯奇、裕丸、VF-A3(辽无一厂)、DVF-C(东宇)、四维、欧林、腾龙、维晶美、先马、HIC(华能)、天传、西电子等八十多个品牌。好似龙争虎跃,其中在中国建立合资厂的有:富士(无锡)、ABB(北京)、西门子(天津)、三垦(江阴)。可喜的是,中国涌现不少变频器厂家,除台湾外,如安圣、佳灵、利德华福等。
   变频技术上的进展更为显著。80年代末的变频器,技术上还不很完善,有的如缺少避开频率点功能和瞬时停电自动再起动功能等,而目前的变频器,功能非常强,除具有转矩提升、转差补偿、转矩限定、直流制动、多段速度设定、S型运行、频率跳跃、瞬时停电自动再启动、重试功能等性能外,还有A、直接转矩控制,实现高起动转矩。0转数时,转矩输出***。B、低干扰控制方式。C、通信功能、RS485接口,可以选用各种总线。如Profibus 、Interbus等。通用变频器容量也有所放大。如:日本富士、日本明电舍达到了315kW,而西门子可以做到800kW。总的感觉,许多变频器基本相通,各有千秋。如日本变频器年代早、产量大、可靠性高、设计细化。西门子变频器范围大、电压等级多、功能多。欧洲变频器不但有通信功能,而且有通信协议。富士7.5kW以下内置制动单元和制动电阻,三垦IPF系列备有恒压供水基板(IWS),丹佛斯变频器具有较强的滤掉谐波功能等。变频器的核心逆变元件也由GTR转为IGBT。这十多年是变频技术发展的十年,是变频技术不断完善的十年。那么,变频器的价格呢?是不断降低的十年。以富士变频器为例:一台水泵用的280kW变频器,80年代末需28~30万元一台。而现在只需14~16万元一台。表1列出了富士变频器1990年和2000年的市场价。那时买一台,现在可以买二台。

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作为一种无触点的半导体开关器件,其允许反复导通和关断的次数几乎是无限的,并且导通的控制也十分方便。这是一般的“通-断开关”所望尘莫及的,从而使实现异步电动机的变频调速取得了突破。但由于变频器的逆变电路是在直流电压下工作的,而SCR在直流电压下又不能自行关断,因此,要实现逆变,还**增加辅助器件和相应的电路来帮助它关断。所以,尽管当时的变频调速装置在个别领域(如风机和泵类负载)已经能够实用,但未能进入大范围的普及应用阶段。 ⑵门极关断(GTO)晶闸管 SCR在一段时间内,几乎是能够承受高电压和大电流的****半导体器件。因此,针对SCR的缺点,人们很自然地把努力方向引向了如何使晶闸管具有关断能力这一点上,并因此而开发出了门极关断晶闸管。 GTO晶闸管的基本结构和SCR类似,它的三个极也是:阳极(A)、阴极(K)和门极(G)。其图行符号也和SCR相似,只是在门极上加一短线,以示区别。 GTO晶闸管的基本电路和工作特点是: ①在门极G上加正电压或正脉冲(开关S和至位置1)GTO晶闸管即导通。其后,即使撤消控制信号(开关回到位置0),GTO晶闸管仍保持导通。可见,GTO晶闸管的导通过程和SCR的导通过程完全相同。