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(xiàn)。
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。
相比較國外變頻器的發(fā)展狀況,我國的變頻器應用起步較晚,直到20世紀90年代末期才得到較為廣泛的推廣。國內變頻技術發(fā)展狀況,可以概括為:變頻器的整體技術相對落后,和國外在變頻調速研宄上取得的先進成果比,存在著較大的差距;變頻器使用的核心部件技術空白,目前來說,變頻器的生產中需要的關鍵功率器件,在國內幾乎沒有廠家可以生產,導致我們核心技術受制于國外,必須依靠進口;主要產品集中在低壓產品和中低端市場。由于產品可靠性和工藝水平不高,目前國內變頻器產品主要面向低壓和對性能要求一般的市場,高性能、大功率市場主要被國外大公司占領。
步入21世紀后,國產變頻器逐步崛起,現(xiàn)已逐漸搶占高端市場。上海和深圳成為國產變頻器發(fā)展的前沿陣地。
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。
直接轉矩控制(DTC)方式
1985年,德國魯爾大學的DePenbrock教授首次提出了直接轉矩控制變頻技術。該技術在很大程度上解決了上述矢量控制的不足,并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結構、優(yōu)良的動靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。該技術已成功地應用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。 直接轉矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數(shù)學模型,控制電動機的磁鏈和轉矩。它不需要將交流電動機等效為直流電動機,因而省去了矢量旋轉變換中的許多復雜計算;它不需要模仿直流電動機的控制,也不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學模型。