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(qū)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。
變頻技術誕生背景是交流電機無級調(diào)速的廣泛需求。傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術因體積大故障率高而應用受限。
20世紀60年代以后,電力電子器件普遍應用了晶閘管及其升級產(chǎn)品。但其調(diào)速性能遠遠無法滿足需要。1968年以丹佛斯為代表的高技術企業(yè)開始批量化生產(chǎn)變頻器,開啟了變頻器工業(yè)化的新時代。
20世紀70年代開始,脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM-VVVF)調(diào)速的研究得到突破,20世紀80年代以后微處理器技術的完善使得各種優(yōu)化算法得以容易的實現(xiàn)。
20世紀80年代中后期,美、日、德、英等發(fā)達國家的 VVVF變頻器技術實用化,商品投入市場,得到了廣泛應用。 早的變頻器可能是日本人買了英國專利研制的。不過美國和德國憑借電子元件生產(chǎn)和電子技術的優(yōu)勢,高端產(chǎn)品迅速搶占市場。
相比較國外變頻器的發(fā)展狀況,我國的變頻器應用起步較晚,直到20世紀90年代末期才得到較為廣泛的推廣。國內(nèi)變頻技術發(fā)展狀況,可以概括為:變頻器的整體技術相對落后,和國外在變頻調(diào)速研宄上取得的先進成果比,存在著較大的差距;變頻器使用的核心部件技術空白,目前來說,變頻器的生產(chǎn)中需要的關鍵功率器件,在國內(nèi)幾乎沒有廠家可以生產(chǎn),導致我們核心技術受制于國外,必須依靠進口;主要產(chǎn)品集中在低壓產(chǎn)品和中低端市場。由于產(chǎn)品可靠性和工藝水平不高,目前國內(nèi)變頻器產(chǎn)品主要面向低壓和對性能要求一般的市場,高性能、大功率市場主要被國外大公司占領。
步入21世紀后,國產(chǎn)變頻器逐步崛起,現(xiàn)已逐漸搶占高端市場。上海和深圳成為國產(chǎn)變頻器發(fā)展的前沿陣地。
大量使用的是二極管的變流器,它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器,由于其功率方向可逆,可以進行再生運轉(zhuǎn)。
在整流器整流后的直流電壓中,含有電源6倍頻率的脈動電壓,此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動,采用電感和電容吸收脈動電壓(電流)。裝置容量小時,如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量,可以省去電感采用簡單的平波回路。