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变频器调速基本工作原理技术分析

　　（一）变频调速传动的目的

　　我国能源利用效率低下，高压变频器，主要原因是粗放型经济增长方式，结构不合理、技术装备落后、管理水平低。采用变频器对机械设备进行转速控制，对节约能源、提高经济效益具有重要意义。变频器在省力化、自动化、提高产品质量、提高生产率、提高产品合格率方面的应用与在节能领域同样重要。机械设备采用变频调速传动，可以增加设备的使用寿命，减小机械设备的噪音，使设备小型化，工作环境、生活环境更具有舒适性。

　　从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，变频器工作原理，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。

　　（二）变频调速应用的行业生产范围

　　变频调速技术经过多年的发展日趋成熟，变频技术在钢铁、扎制铜线、化学、纤维、汽车、电气机械、机床、食品、造纸、水泥、矿业、煤气、交通、装卸搬运、工厂建筑、农业、生活服务、电力、实验研究、石油等行业得到了广泛的发展与应用。变频技术已经与我们的生产、生活息息相关。目前，冰箱、空调、电动车等家用电器已经采用相关的变频技术。

　　（三）变频调速传动的特点

　　采用变频器对机械设备进行转速控制，变频调速传动的特点是可以使标准电动机调速，可以连续调速，电动机启动电流小，最，高速度不受电源影响，电动机可以高速化、小型化、防爆容易，低速时定转矩输出，可以调节加减速的大小，可以使用笼型电动机不需要维护电动机。

　　（四）变频器的工作原理

　　变频器电路方式有交一交变频和交一直一交变频两种电路。基本工作原理为整流器将交流变为直流，平滑波电路将直流电平滑，逆变器将直流电逆变为频率可调的交流电，变频器的基本构成。

　　1.交－交变频器是指无直流中间环节，直接将电网频率的电压变换为频率比电网频率低而可变的输出电压的变换器。

　　2.交－直－交变频器的工作原理。目前应用最广泛的是交－直－交变频器。其工作原理是先将三相或单相不可调工频电源经过整流桥整流成直流电，再经过逆变桥把直流电逆变成频率任意可调的交流电，以实现无级调速。交－直－交变频器的主电路有电压型变频和电流型变频。电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器；电流型是指将电流源的直流变换为交流的变频方式。控制方式也分为电压控制和电流控制两种。这两种方式不管主电路方式是电压型还是电流型都可以适用。

　　（五）变频器的质量性能指标

　　1.在0.5HZ时能输出多大的起动转矩?比较优良的变频器在0.5HZ时、22KW以下能输出200％高起动转矩，30KW以上能输出180％的起动转矩。

　　2.速度调节范围控制精度能达多久，转矩控制精度能达多大?高性能的变频器速度控制精度能达±0.005％，转矩控制精度能达±3％。

　　3.在低转速时的脉冲情况。高质量的变频器在1HZ时转速脉冲只有1.5r／min。

　　4.噪声及谐波干扰。噪声及谐波干扰是衡量一个变频器的重要标准，采用IGBT、IPM器件调制频率较采用GTO、GTR调制频率高。虽然高次谐波始终存在，但是如果控制方式较好，可以减少一些谐波量。

　　5.发热量。变频器发热量大，证明功耗大、效率低、通风散热系统不好，变频器的寿命相应受到影响。

台达变频器VFD-B我国高压变频器市场“十一五”期间保持着爆发性增长的态势，该行业经过起步阶段，目前正逐步趋于成熟。在过去的20年里，低压变频器生产企业“群雄并起”，不但有日本三垦公司、富士公司，德国西门子公司，瑞士ABB公司等外资企业进入我国市场并在华建厂，还有成都森兰公司、深圳英威腾公司、台州富凌公司等70多家国产变频器厂家进入市场。目前我国低压变频器市场年销售额在10亿元以上。从2005年至今，我国低压变频器市场平均年销售额增长在20%以上。数据显示，2010年中国高压变频器新增订单数1200台，金额10.2亿元;2007年新增订单数2000台，金额16.5亿元;2008年、2011年销售额分别在27.2亿元和46.1亿元。据相关权威机构对该行业19个规模以上企业的统计调查，工业总产值(当年价)和工业销售产值两项指标，2007年分别同比增长32.11%和33.94%;2008年分别同比增长26.04%和19.74%。经济运行质量有所提高，经济效益增长显着。

　　近年来，国内具有一定规模和实力的变频器厂家开始在产品关键技术研制方面加大投入，进行自主研发和创新，并按照国际标准进行生产，使国产变频器的整体技术水平得到大幅提高。如森兰公司率先自行研发高性能矢量控制变频器，采用了“拟超导矢量控制变频技术”等多项专利、专有技术，产品多项指标已达到国际先进水平，获得了市场的好评。同时，国内变频器厂家对市场进行了细分，变频器，针对中国市场的实际需求，实现了与国外产品的差异化生产，在专用变频器的开发和应用推广上取得了一定的成绩，并被市场所接受。随着我国低压变频器行业20多年的高速发展，该行业已逐步打破外商垄断的格局。从市场份额看，内资品牌的市场份额已从2002年的8%迅速扩大到2009年的40%，但仍有60%的外资品牌。从市场的品牌数量看，内资品牌数量最多，约占70%。国内变频器制造企业，如深圳英威腾公司、成都森兰公司等品牌效应正在逐渐形成，但整体实力尚不足以和国际顶，级品牌相抗衡，变频器维修，差距是明显存在的，但正在逐渐缩小。随着利德华福、东方日立等国内高压变频器厂家的崛起，目前已打破了原来由国外厂商进口产品垄断的行业格局，市场份额也集中到了利德华福、西门子等少数几个领先厂家手中。由于本地化生产、规模效应的存在和技术的日益成熟，整个行业的产品制造成本相比以前大幅下降。产品价格的降低，使得高压变频器的性价比明显上升，“价格”不再让用户感到望而生畏。终端用户购买高压变频器后，节能效果非常显着，市场需求不断增加。

　　台达变频器VFD-B根据我国目前电机装机总量、电机配装变频器比例、国家对“节能降耗”的规划目标，以及我国经济发展速度等因素考虑，我国变频器市场的潜力还很大。专家认为，未来变频器市场将向大功率、高端方向发展。变频器技术本身就存在一个从低压向高压、从小功率向大功率转变的技术发展过程，体现在产品发展趋势上就是变频器产品的功率越来越大，适用于更大规模电机的节能调速需求。大功率变频器市场份额早先基本掌握在国外厂商手中，随着国内企业技术水平提高，国产变频器产品的功率也随之逐步提高，因此国内品牌对国外品牌实现替代的过程是一个先替代小功率变频器产品，后替代大功率变频器产品的过程。这种替代过程的演进，使得变频器市场上的大功率产品逐渐增多，市场向大功率产品发展的趋势明显。高端高压变频技术的成熟，将大幅拓展工艺控制对于变频调速的需求。随着高压变频技术中矢量控制和能量回馈等高级功能的开发和成熟运用，高压变频器正被快速应用于轧钢机、矿井提升机、电气机车牵引系统等，进一步拓展了高压变频调速技术的适用方向和市场领域。