1.变频器按主电路变换环节的不同可分为
(1)交—交变频器:将频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源。它主要用于容量较大的低速传动系统中。
(2)交—直—交变频器:先把周定频率的交流电整流成直流电,把直流电递变成频率连续可调的三相交流电,连续可调的频率范围较宽,是目前较普遍采用的一种变频器。
2.变频器按电压的调制方式可分为
(1)PAM方式:脉幅调节方式(pulse amplitude modulation),简称PAM方式,是通过改变直流电压的幅值调压的方式。在变频器中,逆变器仅调节输出频率,而输出电压由斩波器或相控整流器通过调节直流电压来实现。
(2)PWM方式:脉宽调制方式(pulse width modulation),简称PWM。变频器中的整流器采用不可控的二极管整流电路。变频器的输出电压和频率由逆变器按脉宽调制方式完成。变频器输出电压的大小通过改变输出脉冲的占空比来进行调制。目前普遍应用的是占空比按正弦规律安排的正弦脉宽调制,简称SPWM(sinusoidal pulse width modulation)方式。
3.变频器按主回路中间直流环节的储能方式可分为
(1)电流型变频器,其特点是中间直流环节采用电感线圈作为储能元件,无功功率将由电感来缓冲。电流型变频器的一个较突出的优点是,当电动机处于再生发状态时,回馈到直流侧的再生电能可以方便地回馈到交流电网,无需在主电路内附加任何设备,只要利用网侧的不可逆交流器改变其电压极性(控制角α>90°)即可。电流源型变频器(CSI)的特点是其直流链电流通过可控硅整流器提供,并经感应器进行稳定,有时也被称作负载换流变频器(LCI)或同步变频器。这种变频器通常与同步电动机一起使用,但也可经过适当改装用于驱动异步电动机。过去,异步电动机的使用较多,但如今新装置中很少再使用异步电动机。同步电动机与同步发电机相似,内含转动励磁(磁化)绕组和三相或六相定子绕组。六相定子绕组必须由双CSI变频器供电,主要用于减小电机轴上的扭矩谐波。同步电动机必须为变频器提供换相电压,意味着这种电动机运行时存在电容性相位角,与功率因素为1的电动机相比,这种电动机的许用电流和几何尺寸都要更大一些。从电网这一侧来看,电流源型变频器和DC电动机变频器中使用的全桥可控硅变频器完全相同,对电网的影响也可认为完全相同。在变频器这一侧(向电动机供电),其结构与可控硅整流器的结构相同,但它不使用电网电压,而是使用电动机感应电压。
(2)电压型变频器,其特点是中间直流环节采用电容器作为储能元件。无功功率将由电容器来缓冲。由于大电容的作用,主电力直流电压比较平稳。缺点是电动机处于再生制动状态时,回馈到直流侧的无功能量难以回馈到交流电网。VSI型(电压源型)变频器是工业中应用最多的变频器。这种变频器灵活、精确且性能优良,可用于异步电动机。这种变频器也可用于同步电动机和永磁同步电动机,其性能则远远超出其他类型的变频器。但这种变频器的使用也受到一定的制约,其主要障碍是缺乏大功率器件,并且在大功率应用中与其他类型的变频器相比缺乏市场竞争力。截至最近,VSI型变频器的实际适用功率范围大约为8~10 MW,但随着新型大功率器件的出现,其适用功率范围还在不断提高,如今这种变频器的适用功率已超过30 MW。(www.daowen.com)
VSI型变频器的特点是电网中连接了一个整流器(通常为不可控二极管整流器),因而可得到一个相对比较稳定的直流电压,该直流电压在直流链中电容器组的作用下变得更加稳定。直流链中的电容器还可以阻止变频器模块的高频开关波动进入电网。
4.变频器按控制方式可分为:
(1)U/f控制。它是这样一种控制方式,改变频率的同时控制变频器输出电压,使电动机磁通保持一定,在广范围内调速运行,电动机的效率、功率因数不下降。U/f控制作为变频器调速控制方式,控制比较简单,现在通用变频器以及风机和泵类机械驱动用变频器多采用这种控制方法,具有节能和软起动等优点,在各领域得到广泛应用。
(2)转差频率控制。据速度传感器的检测,可以求出转差频率Δf,再把它与速度设定值f*相叠加,以该叠加值作为逆变器的频率设定值f*1,就实现了转差补偿。这种实现转差补偿的闭环控制方式称为转差频率控制方式。与U/f控制方式相比,其调速精度大为提高。但是,使用速度传感器求取转差频率,要针对具体电动机的机械特性调整控制参数,因而这种控制方式的通用性较差。
(3)矢量控制(vector control system,简称VC)。根据交流电动机的动态数据模型、利用坐标变换的手段,将交流电动机的定子电流分解成磁场分量电流和转矩分量电流,并分别加以控制,即模仿自然解耦的直流电动机的控制方式,对电动机的磁场和转矩分别进行控制,以获得类似于直流调速系统的动态性能,矢量控制方式的目的,主要是为了提高变频调速的动态性能。
(4)直接转矩控制(direct torque control,简称DTC)。直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩,不需要将交流电动机化成等效直流电动机,因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制,也不需要为解耦而简化电动机的教学模型。直接转矩控制磁场定向所用的是定子磁链,只要知道定子电阻,就可以把它观测出来。由于采用了直接转矩控制,在加减速或负载变化的动态过程中,可以获得快速的转矩响应,但必须注意限制过大的冲击电流以免损坏功率开关器件,因此实际的转矩响应也是有限的。
(5)矩阵式控制。VVVF控制、矢量控制、直接转矩控制同属交—直—交变频。其共同的缺点是直流回路需要大的储能元件(电感或电容),输入功率因数低,谐波电流大,且再生能量不能回馈回电网(即不能进行四象限运行)。为此,矩阵式交—交变频没有中间直流环节,直接把一种频率的交流电源变换成另一种频率的交流电源,从而省去了储能元件,这种电路的优点是输入电流可控制为正弦波,且和电压同相,功率因数为1,也可控制为所需要的功率因数;其输出电压也为正弦波,输出频率不受电网频率的影响,能量能双向流动,适合于交流电动机四象限运行。但矩阵式交—交变频的开关器件全控型的,控制方式不是相控方而是斩波控制方式。
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