静止变频器

一种能提供频率及电压同时变化的电力电子电源装置

异步电机变频调速系统由静止变频器、异步电机及控制系统构成。静止变频器是一种能提供频率及电压同时变化的电力电子电源装置，可分为间接变频器和直接变频器两大类。间接变频器先将工频交流电源整流成电压大小可控的直流，再经过逆变器变换成可变频率交流，由此也称交-直-交变频器。直接变频器则将工频交流一次性变换成可变频率交流，故可称交-交变频器。以间接变频器应用较为广泛。

静止变频器的作用

静止变频器是由半导体功率元件、直流电抗器等设备组成的具有一定功率的非旋转电机式频率变换器，是利用可控硅的通断作用将工频电源变换为可变频率的电能控制装置。半导体功率元件主要有可控硅或IGBT（MOSFET与双极晶体管的复合器件）等大功率元件。

静止变频器是抽水蓄能机组泵工况启动的首选拖动设备，它既可将发电电动机从静止状态平稳地拖动至额定转速，义可灵活地将发电电动机稳定在某一转速。因此特别适用于作为容量大、台数多的大型抽水蓄能电站机组泵工况启动的拖动设备。静态变频器还可以应用于其他许多领域，如冶金、船舶、舰艇等，它的主要优点是无级变速、启动平稳、反应速度快、调节精度高，具有很强的自诊断能力。

静止变频器的组成

静止变频器主要由功率部分、控制部分、保护部分、电源部分及辅助设备等组成。

功率部分是静止变频器实现功率转换的基本部件，主要由可控硅整流桥和逆变桥及平波电抗器组成，属高压部分；控制部分是静止变频器的核心控制部件，主要由高性能控制器、模拟量采集与脉冲触发单元组成；保护部分包括控制器内置保护和功率部分保护．其中控制器内置保护属快速保护，通常作为静止变频器的主保护，而功率部分保护通常作为前者的后备；电源部分包括控制器用控制电源、辅助设备用动力电源、开关设备用控制电源、保护装置电源、照明与加热器电源等；辅助设备主要指冷却单元。

间接变频装置

间接变频装置由整流器和逆变器组成，整流器先将工频交流电源变换成直流电（AC/DC变换），逆变器再将直流电变换为电压、频率可控的交流电（DCAC变换），共同组成交-直-交变频器。

按照不同的电压控制方式，它又可分成三种类型。

晶闸管可控整流型

如图《晶闸管可控整流型》所示，是一种两级变换（AC/DC-DC/AC）的可控整流的变频装置，它的整流器和逆变器均由晶闸管构成，整流器通过晶闸管可控整流技术控制电源的电压，逆变器控制电源的频率。

该变频装置的特点是：

1、由于调压和调频分别在两个环节上进行，要求两者在控制上很好地协调；

2、晶闸管可控整流的时间常数决定于工频电源的频率，动态响应无法改变；

3、晶闸管整流器能够实现功率的双向传递，即在电机制动时能够将电能回馈电网；

4、可选用特大功率的晶闸管器件，适用于大功率的交流调速系统。

直流电压斩波控制型

如图《直流电压斩波控制型》所示，是一种三级变换（AC/DC-DC/DC-DC/AC）的变频装置，它用二极管实现不控整流（AC/DC），在直流环节增加斩波器来调节电压（DC/DC），再由逆变器完成频率的控制（DC/AC）。

该变频器的特点是：

1、需要增加一个斩波环节，增加了电路的复杂程度和功率损耗；

2、由于斩波器的斩波频率比较高，控制电压时动态响应比较好；

3、调压和调频也是分别在两个环节上进行，要求两者在控制上很好地配合；

4、二极管不控整流电路不能使电能回馈电网，电机快速制动时需要增加制动回路实现能耗制动。

脉宽调制控制型

如图《脉宽调制控制型》所示，是另一种两级变换（AC/DC-DC/AC）结构的变频装置，它采用二极管实现不控整流（AC/DC），逆变器（DC/AC）采用功率开关器件实现SPWM的控制方法，同时进行输出电压和频率的控制。

该变频器的特点是：

1、在逆变器上同时控制电压与频率，很容易实现两者的协调控制；

2、采用脉宽调制技术，有很好的动态响应性能；

3、采用正弦脉宽调制方法时，可以使变频器输出电压谐波大大减少，使电动机工作性能得到改善；

4、二极管不控整流电路不能使电能回馈电网，当电机快速制动时需要增加制动回路实现能耗制动。

直接变频装置

直接变频装置能够将工频交流电一次变换成频率可控的交流电，没有中问直流环节，即所谓交-交（AC/AC）变频器。

直接变频装置的工作原理如图《工作原理》所示，当变频器某相希望输出正向电压时，则该相的正组整流器工作，而当希望输出反向电压时，则该相的反组整流器工作。这样每相的正、反两组整流器按一定周期相互切换，在负载上就获得交变的输出电压，其频率决定于两组整流装置的切换频率。输出电压的幅值决定于各组整流装置的控制角α，如果控制角α按照正弦规律变化，则输出平均电压就是正弦波。

晶闸管实现的交-交变频器的特点是：

1、交-交变频装置的单相需要6个晶闸管元件，三相变频装置共需36个晶闸管元件（当每一桥臂只用一个元件时），若采用零式电路，也需要18个元件。因此，交一交变频装置虽然在结构上只有一个变换环节，省去中间直流环节，但所用元件数量更多，总设备相当庞大。

2、电压反向时最快也只能沿着电源电压的正弦波形变化。所以最高输出频率不超过电网频率的1/3~1/2（视整流相数而定），否则输出波形畸变太大，将影响变频调速系统的正常工作。

鉴于上述原因，该交-交变频器只用于低转速、大容量的交流调速系统，如轧钢机、球磨机、水泥回转窑等。

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