變頻技術誕生背景是交流電機無級調速的廣泛需求。傳統(tǒng)的直流調速技術因體積大故障率高而應用受限。
20世紀60年代以后,電力電子器件普遍應用了晶閘管及其升級產品。但其調速性能遠遠無法滿足需要。1968年以丹佛斯為代表的高技術企業(yè)開始批量化生產變頻器,開啟了變頻器工業(yè)化的新時代。
20世紀70年代開始,脈寬調制變壓變頻(PWM-VVVF)調速的研究得到突破,20世紀80年代以后微處理器技術的完善使得各種優(yōu)化算法得以容易的實現。
20世紀80年代中后期,美、日、德、英等發(fā)達國家的 VVVF變頻器技術實用化,商品投入市場,得到了廣泛應用。 早的變頻器可能是日本人買了英國專利研制的。不過美國和德國憑借電子元件生產和電子技術的優(yōu)勢,高端產品迅速搶占市場。
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)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)能主要表現在風機、水泵的應用上。風機、泵類負載采用變頻調速后,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節(jié),電動機轉速基本不變,耗電功率變化不大。據統(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、中央空調和液壓泵的變頻調速。
電機硬啟動不僅會對電網造成嚴重的沖擊,而且會對電網容量要求過高,啟動時產生的大電流和震動對擋板和閥門的損害極大,對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻器后,變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始變化,值也不超過額定電流,減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求,延長了設備和閥門的使用壽命,同時也節(jié)省設備的維護費用。