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。
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。
同整流器相反,逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率,以所確定的時間使6個開關器件導通、關斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為例示出開關時間和電壓波形。
控制電路是給異步電動機供電(電壓、頻率可調(diào))的主電路提供控制信號的回路,它有頻率、電壓的“運算電路”,主電路的“電壓、電流檢測電路”,電動機的“速度檢測電路”,將運算電路的控制信號進行放大的“驅動電路”,以及逆變器和電動機的“保護電路”組成。
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。