電力電子技術在變頻器中的應用分析

岳強

摘要：電力電子技術是研究利用電力電子器件實現電能變換和控制電路的技術。利用電力電子技術可以優化電能，把粗電變成負載需要的精電，使產品具有高效、節能、省材的特點。目前進行節能的重要手段之一，就是利用電力電子中的變頻技術對電能進行處理。利用該技術，可使交流電機高效運行，達到節電效果。本文就對電力電子技術在變頻器中的應用有關內容進行分析。

關鍵詞：電力電子技術;變頻器;應用

1電力電子技術在變頻器中應用的發展歷程

1.1整流器時代

電力電子技術中整流器的應用一般是在大功率用電，以交流發電機為電力來源，以直流電進行消耗，例如工業中大型設備的生產動力等。上世紀70年代興起的硅整流器轉變為直流電被廣泛應用在工業用電輸出。

1.2逆變器時代

電力電子技術發展遇到瓶頸，整流器的發展無法滿足高耗電企業用電的實際需要，這樣的背景下使得以交流電為主的逆變器時代來臨。以晶閘器件、晶體管等主流發展，在高壓直流輸出還能有效補償動態功率。只能在低頻領域中使用的逆變器目前為止還沒有被廣泛使用。

1.3變頻器時代

大規模集成電路技術為現在電力電子技術的快速發展鋪平了道路，變頻器時代的來臨使得電力電子技術得到精細化的發展。現代電力電子技術從出現全控型功率器件后得到了飛速發展，這項技術使得電力電子技術得到轉化的可能。功率半導體器件的逐漸退出，使得變頻器后來應用逐步擴大了變頻調速的范圍。

2電力電子技術的優點

2.1改造傳統產業發展新興產業

隨著科技不斷進步，日常生活中也會有相關的電力電子設備產品的出現。電力電子技術作為一種弱電控制強電的媒體，連接了計算機與機電生產設備，為傳統的工業新的發展創造了條件。

2.2提高設備工作效率，優化設備功能

作為一項不斷優化的電子技術，自身的高頻技術與變頻技術將會通過發展不斷地被應用到各個領域中，會不斷的向更高頻的方向發展。電力電子技術的不斷發展也會提高機電設的運轉效率，加強設備的運轉速度，創造更多的功能。

2.3優化處理方式變革新技術

電力電子技術不斷進步，尤其是將智能化與原有的信息處理與功率處理合二為一，使得先進電力電子技術與傳統的電力電子技術穩定的結合在一起。傳統的電力電子技術發生質的轉變，會給社會生產帶來前所未有快速發展。

3電力電子技術在變頻器中的具體應用

隨著電力電子和控制技術的發展，越來越多的電力電子技術被應用在下游變頻器中。對于變頻控制器及其驅動的發展很大程度上都依賴于上游電力電子器件，電力電子器件對于變頻器起著決定性的作用。沒有各種現代電力電子器件，就沒有變頻裝置及其應用;沒有日益擴大的電力電子應用市場需求強烈的推動和促進，也不會出現今天變頻裝置蓬勃發展的局面。電力電子器件是變頻器的關鍵所在之一，也就是說電力電子器件的好壞決定著變頻器的優劣，先進的電力電子器件促進變頻器的應用與發展。電力電子技術是現代科學、工業和國防的重要支撐技術，變頻及其驅動應用是電力電子技術發展和創新的驅動力。電力電子企業針對下游變頻市場需求，自主創新研發一系列的電力電子器件及產品，并結合先進的變頻控制算法提供優秀的、節能的變頻解決方案，滿足不同領域和行業對變頻應用的市場需求。變頻技術應用于各領域，優勢和節能效果明顯，應用解決方案日趨成熟，市場穩步增長，極大地促進了電力電子技術的發展，拉動了市場的繁榮。變頻產業的興衰與電力電子技術有著密切的關系，包括半導體切換元件、變頻器拓撲、控制及模擬技術，以及控制硬件的進步等。變頻器企業作為電力電子產業的下游用戶，過去一年為我國電力電子產業的發展做出了無可替代的貢獻，使得整個變頻控制器產業鏈上下游產銷兩旺，建立了良好的產業鏈生態平衡。在整個產業鏈發展的過程中，變頻器和電力電子技術一直是共生共贏、互惠互利的。換句話說，電力電子決定變頻器的發展，反過來變頻器又將助力電力電子技術前行。

4變頻器的應用分析

4.1軟啟動

異步電動機在全壓啟動時，其啟動電流可達到額定電流的4～7倍，這會對電源形成沖擊，引起電網電壓的波動。另外，由于啟動過程過于快速，也會對機械負載形成沖擊，縮短機械傳動部分的使用壽命。使用變頻器以后，由于其輸出頻率可從很低頻率開始，頻率上升的快慢可任意設定，電機起動電流被限制在額定電流附近，消除啟動過程對電機和機械負載的沖擊，這種啟動特性十分優越。

4.2節能作用

變頻器的節能作用可以從兩方面來看待。一類是風機或泵類負載中的應用，而且流量經常根據使用要求發生變化時，還需再配上相應的傳感器，與變頻器一起構成閉環回路，才能達到節能的目的。另一類是當負載功率小于電動機的額定功率時，其效率隨著負載轉矩的減少而降低，也就是說，電動機輕載時會相對費電。而變頻器會根據負載的大小自動調整V/F值，從而使效率得到提高，達到節能之目的。

4.3空調系統

空調用電一般占城市用電量的30%左右，一般工作在部分負荷下，而壓縮機只有在滿負荷情況下才能達到最佳效率，所以能耗很大。采用變頻調速技術控制壓縮機，使之能根據不同房間情況的負荷自動調節。這種制冷/制熱系統非常高效、節能，比傳統不變速空調節能了20%。

4.4高次諧波

當使用環境中有晶閘管整流設備或電源電壓不平衡率超過3%，則應考慮在電源入口側加裝交流電抗器，以減少電源側和變頻器之間的相互干擾。例如在電廠工作環境下，同一母線下工作的設備比較復雜，建議采用輸入交流電抗器以提高設備的使用壽命。

4.5振動干擾

變頻器在運行的時候，產生的高次諧波引起的磁場會對許多機械部件產生電磁策動力，策動力的頻率如果和某些機械部件的頻率接近或相等，就會產生振動。減弱或消除振動的方法主要是在變頻器和電動機之間接入交流電抗器，主要是為了減弱變頻器輸出電流中的高次諧波。此電抗器一定要安裝在距離變頻器最近的地方，以減少引線的距離。

4.6能量回饋

變頻器在大慣性負載的應用中容易產生“過電壓”報警。該報警產生的原因在于負載波動引起的能量回饋導致直流電壓過高從而引起報警。解決該問題主要有兩種方式：加裝制動單元和制動電阻，這是解決該報警的根本方法。但是對于負載慣量較大、波動劇烈的工況，制動電阻頻繁工作也會導致過熱報警。但是往往出現“過電壓”報警的根本原因在于轉矩提升、驅動轉矩、制動轉矩及電機參數設置不合理所致，這種原因所導致的報警解決方法是自動整定電機參數并調節驅動、制動轉矩參數，即可在不加裝制動電阻的情況下，解決“過壓”報警問題。

5結語

總之，采用電力電子技術可以改造傳統的工業設備，特別是變頻調速技術自誕生以來就在諸多領域得到了廣泛的應用。利用變頻器，改變電機的電源頻率來對交流電機的轉速進行調節。使系統始終處于一種節能狀態下運行，可節約大量的能源，更好的適應了生產需要。

參考文獻

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[2]王雪麗.電路系統中電力電子技術的應用[J].南方農機，2017（22）.