變頻器(Variable-frequency Drive,VFD)是應用變頻技術與微電子技術,通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。
變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率,根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓,進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的,另外,變頻器還有很多的保護功能,如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高,變頻器也得到了非常廣泛的應用。
變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風機、水泵的應用上。風機、泵類負載采用變頻調(diào)速后,節(jié)電率為20%~60%,這是因為風機、泵類負載的實際消耗功率基本與轉速的三次方成比例。當用戶需要的平均流量較小時,風機、泵類采用變頻調(diào)速使其轉速降低,節(jié)能效果非常明顯。而傳統(tǒng)的風機、泵類采用擋板和閥門進行流量調(diào)節(jié),電動機轉速基本不變,耗電功率變化不大。據(jù)統(tǒng)計,風機、泵類電動機用電量占全國用電量的31%,占工業(yè)用電量的50%。在此類負載上使用變頻調(diào)速裝置具有非常重要的意義。目前,應用較成功的有恒壓供水、各類風機、中央空調(diào)和液壓泵的變頻調(diào)速。
按直流電源的性質分類
在交-直-交型變頻器中,按主電路電源變換成直流電源的過程中,直流電源的性質分為電壓型變頻器和電流型變頻器。
變頻器常見的頻率給定方式主要有:操作器鍵盤給定、接點信號給定、模擬信號給定、脈沖信號給定和通訊方式給定等。這些頻率給定方式各有優(yōu)缺點,必須按照實際的需要進行選擇設置,同時也可以根據(jù)功能需要選擇不同頻率給定方式進行疊加和切換。
正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式
其特點是控制電路結構簡單、成本較低,機械特性硬度也較好,能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求,已在產(chǎn)業(yè)的各個領域得到廣泛應用。但是,這種控制方式在低頻時,由于輸出電壓較低,轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著,使輸出轉矩減小。另外,其機械特性終究沒有直流電動機硬,動態(tài)轉矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意,且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變化,轉矩響應慢、電機轉矩利用率不高,低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應的存在而性能下降,穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。