變頻調速技術優勢探析

摘 要:交流調速系統在調速領域中的比重逐步加大，目前已經成為調速系統的主流。在交流調速技術中，變頻調速具有絕對優勢，并且它的調速性能與可靠性不斷完善，價格不斷降低，特別是變頻調速節電效果明顯，而且易于實現過程自動化，深受工業用戶的青睞。就變頻調速技術所特有的優勢展開論述。

關鍵詞:變頻調速技術;優勢

中圖分類號:TB

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)17-0347-01

1 交流變頻調速技術的特性

(1)調速時平滑性好、效率高。低速時，特性靜差率高、相對穩定性好;

(2)調速范圍較大、精度高;

(3)起動電流低，對系統及電網無沖擊，節電效果明顯;

(4)變頻器體積小，便于安裝、調試、維修簡便;

(5)易于實現過程自動化;

(6)必須有專用的變頻電源，目前造價較高;

(7)在恒轉矩調速時，低速段電動機的過載能力大為降低。

2 與其它調速方法的比較

2.1 改變轉差率的調速方法

2.1.1 改變定子電壓調速

由于異步電動機的轉矩與定子電壓的平方成正比，即M∝U2。改變定子電壓就可以改變轉矩及機械特性，從而實現調速。該方法采用晶閘管“交流開關”調節定子電壓，其調速范圍較寬、簡單可靠、價格便宜，但低速時功率因數低、損耗大、效率低、發熱嚴重。輸出特性軟，不能承受重載。這種調速方式適用于小容量的短時與重復短時作深調速運行的負載。

2.1.2 繞線轉子回路串電阻調速

在轉子回路中串電阻調速可改變轉子電流，從而改變其機械特性曲線，達到調速目的。但其調速性能不好，機械特性軟，且轉差功率以熱能的形式消耗在外接電阻上，效率太低。因此，漸漸被節能調速所取代。

2.1.3 電磁轉差離合器調速

電磁轉差離合器調速是通過改變與電動機相連的電磁離合器的勵磁電流來實現調速的。由于這種調速具有控制簡單，價格低廉、可平滑無級調速等優點，被廣泛應用于調速要求不高的一般工業設備中。其最大的缺點是低速運行時的損耗大、效率低。國產的電磁調速異步機系列產品型號為YCT系列(舊JZT系列)，控制裝置為JDX系列(舊ZLK系列)。

2.1.4 串級調速

串級調速是通過在轉子回路中串入一個附加電勢以改變轉子回路的電流來改變轉矩，從而達到調速的目的。這種方法調速范圍寬、結構簡單、效率高、可靠性高，但過載能力差、功率因數較低，諧波電流較大，還需專門的啟動設備。在調速范圍要求不大的場合，可以用一個小容量的變換器去控制一臺大容量的異步電動機，這正是串調系統的主要優點。因此在要求調速范圍不大的大容量拖動系統中得到了應用。特別對于大風機、大水泵，它要求的調速范圍一般都很小，在這種情況下采用串級調速是最為有利的。

2.2 改變極對數的調速方法

通過改變定子繞組的接線來改變極對數，就改變了同步轉速。它可以獲得恒轉矩調速特性和恒功率調速特性。這種方法效率高、操作簡單、機械特性強。為得到更好的調速精度與穩定性，常用速度反饋的控制方式。缺點是有級調速，它和調壓調速結合起來形成“變極調壓調速”，可以大大改善低速運行性能，擴大調速范圍。一般變極調速用于小容量、非平滑調速的場合。

2.3 改變頻率的調速方法

變頻調速是通過改變電源的供電頻率f來改變轉速以達到調速的目的。異步電動機變頻調速時，其轉差率s變化很小，轉差功率基本不變，在異步電動機的各種調速系統中(變極調速構不成無級調速系統，不計在內)它的效率最高，同時性能也最好，是交流調速系統的主流。變頻調速系統可分為兩大類:

2.3.1 交-直-交變頻調速

先把電網中的交流電整流成直流電，再通過逆變器逆變為頻率可調的交流電。按變頻電路最后一級變換器的電源特性又可分為電壓型(電容器濾波)和電流型(電感濾波)兩種。目前生產的異步電動機變頻器幾乎都采用電壓源型晶體管SPWM交-直-交變頻電路，它具有體積小、重量輕，在采用矢量控制時系統性能好的特點，但需考慮回饋制動的問題。隨著電力電子技術的發展，目前已有多種把電壓源的能量回饋到電網的方案，且已經開始批量上市。因此，回饋制動及四象限運行的問題不久也會得到很好的解決。它是異步電動機交-直-交變頻調速的主流。

2.3.2 交-交變頻調速

把工頻交流電直接變換成可變頻率的交流電，由于它只有一級功率變換，省去了直流環節，減少了損耗，進一步提高了效率。也因此結構復雜、額定工作頻率較低、造價較高。但它能夠提供比較逼近正弦的交流電流，可以四象限運行，主要適用于低速大容量的交流調速設備中，變頻器的輸出功率一般不超過電源頻率的1/3，主開關元件采用晶閘管，依靠電源電壓自然換流。雖然變頻調速有諸多優點，但也有其不利因素，主要問題是電流中含高次諧波較多，除對電網有污染外，也使電機自身增加損耗，引起電機發熱。再有，變頻器價格貴，投資回收期長，技術復雜，尤其在實現閉環自動控制時，還需進行技術處理。

參考文獻

[1]李運華.機電控制[M].北京:北京航空航天大學出版社，2003.

[2]茵延年.機電一體化系統設計[M].北京:北京機械工業出版社，2004.