变频电源基本知识

变频电源变频电源原理图变频电源是将市电中的交流电经过ACfDCAC变换，输出为纯净的正弦波，输出频 率和电压一定范围内可调。它有别于用于电机调速用的变频调速控制器，也有别于普通交 流稳压电源。理想的交流电源的特点是频率稳定、电压稳定、内阻等于零、电压波形为纯正 弦波（无失真）。变频电源十分接近于理想交流电源，因此，先进发达国家越来越多地将变 频电源用作标准供电电源，以便为用电器提供最优良的供电环境，便于客观考核用电器的技 术性能。变频电源主要有二大种类：线性放大型和SPWM中国变频电源的发展历程变频电源是在国内一般的称呼，更准确的说，应该叫交流电力频率转换器，即Ac power Frequency Converter，一般用缩写AFC来称呼。变频电源的整个发展史基本是随着电子器件 的发展而发展的。80年代前后，电子式变频电源多以日本的小型仪器电源为主，该类仪器电源多采用晶体放大的方式制作，80年代后通过台湾传入中国大陆。该时期的电源特 点为：功率小，精度好，效率低。80年代，中国大陆走上了改革开放的道路，在此阶段，中国大陆的进出口设备逐渐加 大，尤其以微波炉及空调为代表性的电器出口份额增加，因此需求大功率变频电源进行测试。 对于该部分市场应用的需求，原有的产品功率已不能满足，所以，电源厂家寻求新的技术来 扩大电源的功率。根据当时的技术条件及电子器件，主要向两条路发展，一方面是保持晶体 式的方式不变，采用多机并联的方式进行扩容；另一种方式是采用功率晶体模组。晶体式多级串联的方式，需要解决环流问题，而且效率低，在工业生产过程中，消耗太 大；功率晶体模组变频方式反应慢，功率有限，工作电压低，耐压在600V左右，输出采用 PAM滤波方式（为单方波加低次滤波），输出波形失真较大。这两种方式制作的电源产品功 率依旧不能满足日益增长的需求，所以大功率的负载需要变频测试时，多采用电机后拖动发 电机的方式（M+G）来满足。电机后拖动发电机的方式（M+G）在使用过程中，存在磨损，以及效率转换问题。后 来参考美国技术，采用SCR来做逆变器，该方式制作的电源，功率大，能满足客户使用， 比较好的用于取代电机后拖动发电机的方式（M+G），但是该系列的产品有一个较大的缺点， 机器在转换的过程中，噪音非常大，达到70dBvlm .随着半导体技术的发展，在80年代末，富士生产出了第一代的IGBT,该电子器件的 特性集成了 GTR及MOSFET的优点，开关速度快，通流能力强，故很快就被应用到逆变领 域。随着实力强大的三菱、西门康、英飞凌等厂家在IGBT领域的加入，使得IGBT的发展 速度日新月异，更新换代的速度加快，IGBT的开关速度及通流能力得到进一步的加强，这 样，就使得大功率的变频电源的制作得以实现。变频电源和变频器有什么区别变频电源是由整个电路构成交流一直流一交流一滤波的变频装置，得到了广泛应用。变 频电源不仅能模拟输出不同国家的电网指标，而且也为出口电器厂商在设计开发、生产、 检测等应用中提供纯净可靠的、低谐波失真的、高稳定的电压和频率的正弦波电源输出。变 频电源是非常接近于理想的交流电源，可以输出任何国家的电网电压和频率。变频器是由交 流一直流一交流（调制波）等电路构成的，变频器的标准名称应为变频调速器。其输出电压 的波形为脉冲方波，且谐波成分多，电压和频率同时按比例变化，不可分别调整，不符合交 流电源的要求。变频电源变频器改装的电源售后 服务厂家自己研发生产，对电源非常 熟悉，一旦出现问题，会在电源 现场以最短的时间解决问题。因变频器多是从其他专门生产变频器的厂家 购买，一旦出现问题，电源厂家会把变频器 拆下寄回变频器厂家（部分在国外），维修周 期长，而且变频器厂家不会负责变频器与变 压器和LC低通滤波电路的匹配。即使现场维 修也很难保证彻底解决问题。可靠性电源整体统筹设计，经过多年的 技术积累，保证电源稳定可靠运 行。通过变频器组装的岸电电源生产较为简单， 因其主要部分“变频器”为购买,所以很难保证 变频器与其他元件的参数相匹配。对设备 安全性启动过程中频率恒定。岸电电源 可以提供纯净可靠、低谐波失 真、咼稳定的电压和频率的正弦 波电力输出，非常接近于理想的 交流电源。变频器的设计专门针对电动机变频启动，启 动时电压、频率同步上升，用其改装的电源， 可能会对用电设备造成影响，尤其是变频器、 可控整流、通信设备等。三相 不平衡逆变部分采用星型方式，每相可 独立带载，适应三相完全不平衡 负载。不平衡度可达3%以内。变频器米用逆变，虽然输出通过变压器转 变成Y型输出，但对三相不平衡负载适应性 较差，可能会使电动机中逆扭矩增加，使电 动机温度上升，效率下降，能耗增加，发生 震动，输出亏耗。最新技术当今国际上先进的变频电源是采用IGBT逆变输出技术，用先进微处理器控制设计而成 的高性能精密电源，它具有过流、短路、过压、欠压、过载等保护及报警故障显示功能，确 保用电设备及变频电源安全。具有负载适应性强，输出波形品质好，良好的人机界面，操作 简单，体积小，重量轻等特点。正弦波输出，可调输出电压及频率的变频电源为用电设备提 供了所需要的交流电。技术特点提供世界各国标准电源、稳定纯净正弦波，模拟测试各种电器产品；16位微控制器（模拟）控制，输出电压、频率智能（模拟）控制，操作灵活方便；高频PWM设计，以IGBT做功率推动，体积小，噪音低；独特的瞬时值控制方式，可预先设定标称电压-10%-30%及+10%+25%，控制精度 高，波形品质好，可适应各种负载；效率高达85%以上，适用负载广，负载功率因数±0.51.0均可；暂态反应快速，对100%的加载或去载，稳压反应时间在2ms以内过载能力强，瞬间电源能承受额定电流300%；具过高电流、超载、超温等多重保护及告警；电压（V）、电流（A）、频率（HZ）、功率（W）、功率因数（PF）全部问LED数码 管显示，简单易读，咼解析度；输出电压0150V/0300V两档可调；输出频率 45HZ65HZ、50HZ、60HZ、2F、4F、400HZ；低失真干扰，输入/输出完全隔离，安全可靠；适用范围广，可广泛用于需变频变压场所；单相500VA500KVA，三相3KVA1600KVA 可承接特殊规格定制；应用目的及领域：由于世界各国电网指标不统一，出口电器厂商需要电源模拟不同国家的电网状况，为工 程师在设计开发、生产线测试及品保的产品检测、寿命、过高压/低压模拟测试等应用中提 供纯净可靠的、低谐波失真、高稳定的频率和稳压率的正弦波电力输出；进口原装电器、设 备的用户也需要对我国电网进行变压、变频以保证进口电器、设备的正常运转；满足航空电 子及军事设备高频的需求。主要用于制造或出口贸易商对出口电器产品的用电检测、调试及用于精密仪器的供电电 源。广泛适用于家电制造业、电机、电子制造业、IT产业、电脑设备、实验室等。家电业制造商如：空调设备、咖啡机、洗衣机、榨汁机、微波炉、收录音机、冰箱、 DVD、洗尘器、电动剃须刀等产品的测试电源。电机、电子业制造商如：交换式电源供应器、变压器、电子安定器、AC风扇、不 断电系统、充电器、继电器、压缩机、马达、被动元件等产品的测试电源。 IT产业及电脑设备制造商如：传真机、影印机、碎纸机、印表机、扫描器、烧录机、 伺服器、显示器等产品的测试电源。实验室及测试单位如：交流电源测试、产品寿命及安全测试、电磁相容测试、OQC （FQC）测试、产品测试及研发、研究单位最佳交流电源。航空/军事单位如：机场地面设施、船舶、航天、军事研究所等的测试电源。应用中要注意的问题变频电源装置主要分为交一直一交变频和交一交变频两大类，交一直一交变频又可分为 电压型和电流型两大类，交一交变频多为电压型，也有少量使用电流型。变频电源控制方式分为电压型、电流型、脉冲宽度调制型等。其主回路的拓扑、控制策 略都有多种方式可以选择，如功率器件有scr （晶闸管，thyristor）、gto （门极关断晶闸管，gateturn-offthyristor）、igbt （绝缘栅双极晶体管,insulated-gatebipolartransistor）、igct （集成 门极换流晶闸管，integratedgatecommutatedthyristor,是一种新型半导体功率器件，在gto的 基础发展起来的）等；主回路的拓扑结构可选择两电平、三电平、负载换相式scr电流型变 频器等，控制策略可选择v/f控制、矢量控制、直接转矩控制、脉冲宽度调制（pwm）或脉 冲幅度调制（pam）等；电压也有咼压（36kv，主要是大容量的同步或异步电动机）、中 压或抵压（如一般的小功率380v和轧钢辅传动的电动机）等。此外，变频调速还有变极调 速，无级调速还有矢量控制方式、变压变频（vvvf）控制方式等，价格极为不同，如何选择 是一大问题。表3示出了我国宝钢从日本引进的于1989年投产的1900mm板坯连铸全交流 方式。从表中可以看出，变频调速采用变极、vvvf和矢量变换控制三种方式，在调速要求 不需无级的只须有限变速的采用变极控制方式，要求速度控制不严格的如辊道速度控制采用 变压变频（vvvf）方式，要求速度控制严格的才采用矢量变换控制方式，这样目的是节约投 资和简化维护，这种按工艺要求选择变频器的方法可作为为其他车间交流化作为准则，如烧 结的全交流化，其配料的变频电源采用vvvf方式，台车采用矢量变换控制方式。变频电源的生产对于变频电源生产，国外电气公司都已产业化了，如德国西门子、法国阿尔斯通、瑞典 abb、美国ge、意大利ansoldo、日本日立、日本三菱、日本安川等公司都生产各种容量、不 同电压的通用变频器可供选用，选择时可适当参照其业绩及在类似或同样机组使用情况和经 验与效果。变频所用电动机也需注意，一般1000kw以下的电动机，采用异步电动机性能价 格比较好,对于容量较大的可采用同步电动机或异步电动机。异步电动机一般采用线绕电机， 而容量较小的电动机一般采用鼠笼电机。由于传动控制系统一般采用pwm变频器，故电机 也须特殊设计，以满 足pwm变频调速的要 求（按不同机组情况， 包括允许过载%、过 载时间、工作制、绝 缘等级、保护等级、 额定电压 等）。一般来说，还须 生产流程 考虑电源污染对电网 造成的影响问题，特别对容量特大并使用交一交变频电源的场合，考虑装设无功动态补偿装置 （svc）是要认真考虑的。1996年推出的GH Bladed是风机设计和分析行业的标准软件包。GH T-M0N是测量风 机结构载荷和性能的集成硬软件系统。1998年，公司推出风电场设计和分析软件工具GH WindFarmer,被世界各国广泛采用。GH SCADA已成为业界领先的独立风电场管理、信息 和报表工具软件。2003年推出的GH Forecaster服务，提供风力发电场发电量的短期预报。可 带负载种类及容量选择方时最好先了解您将要使用的负载性质，现见到的有五种负载形式：1、阻性负载，2、感性负载3、容性负载：4、整流性负载；5、混合型负载；6、电能 可反馈负载。顾客在选择电源时要根据负载性质的不同选择不同的电源容量。（二）变频电源容量选择变频电源对一般负载类型无特殊要求，可适应阻、感性、容性、整流以及混合负载。样 本给出的技术参数是在额定状态、阻性负载条件下测试的，在额定条件下，电源可长期运行。 但考虑到电网电压的波动、负载电流波峰系数、短时过载等因素，选择电源容量时，应留有 适当裕量，建议如下：（1 ）阻性负载：电源容量=l.lx负载功率（2 ）阻感或阻容负载：电源容量=1.1x负载视在功率（3）电机负载：电机负载直接起动时，起动冲击