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為什么變頻器中間環(huán)節(jié)優(yōu)選直流方式,？

閱讀：1014 發(fā)布時(shí)間：2019-9-7

可以簡(jiǎn)單的說(shuō),，交交變頻器需要使用太多元件，不好控制,，而交直交使用的元件少,，控制簡(jiǎn)單，所以目前大多使用交直交結(jié)構(gòu)的變頻器,。

1交交變頻器

變頻器的發(fā)展經(jīng)歷一個(gè)徐徐漸進(jìn)的過(guò)程,，初的變頻器并不是采用這種交直交：交流變直流而后再變交流這種拓?fù)洌侵苯咏唤?，無(wú)中間直流環(huán)節(jié),。這種變頻器叫交交變頻器，目前這種變頻器在超大功率,、低速調(diào)速有應(yīng)用,。其輸出頻率范圍為：0-17（1/2－1/3 輸入電壓頻率），所以不能滿足許多應(yīng)用的要求,，而且當(dāng)時(shí)沒(méi)有IGBT,，只有SCR，所以應(yīng)用范圍有限,。

交交變頻器其工作原理是將三相工頻電源經(jīng)過(guò)幾組相控開(kāi)關(guān)控制直接產(chǎn)生所需要變壓變頻電源,，其優(yōu)點(diǎn)是效率高，能量可以方便返回電網(wǎng)，其大的缺點(diǎn)輸出的高頻率必須小于輸入電源頻率1/3或1/2,，否則輸出波形太差,，電機(jī)產(chǎn)生抖動(dòng)，不能工作,。故交交變頻器至今局限低轉(zhuǎn)速調(diào)速場(chǎng)合,，因而大大限制了它的使用范圍。

矩陣式變頻器是一種交交直接變頻器,，由九個(gè)直接接于三相輸入和輸出之間的開(kāi)關(guān)陣組成,。矩陣變換器沒(méi)有中間直流環(huán)節(jié)，輸出由三個(gè)電平組成,，諧波含量比較?。黄涔β孰娐泛?jiǎn)單,、緊湊,，并可輸出頻率、幅值及相位可控的正弦負(fù)載電壓,；矩陣變換器的輸入功率因數(shù)可控,，可在四象限工作。雖然矩陣變換器有很多優(yōu)點(diǎn),，但是在其換流過(guò)程中不允許存在兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通的或者關(guān)斷的現(xiàn)象,，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。矩陣變換器大輸出電壓能力低,，器件承受電壓高也是此類變換器一個(gè)很大缺點(diǎn),。應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電中，由于矩陣變換器的輸入輸出不解耦,，即無(wú)論是負(fù)載還是電源側(cè)的不對(duì)稱都會(huì)影響到另一側(cè),。另外，矩陣變換器的輸入端必須接濾波電容,，雖然其電容的容量比交直交的中間儲(chǔ)能電容小,，但由于它們是交流電容，要承受開(kāi)關(guān)頻率的交流電流,，其體積并不小,。

交-交變頻就是直接變頻，少了一個(gè)環(huán)節(jié),，但是用的器件量很多,，三相的需要36個(gè)晶閘管，控制復(fù)雜,。我們老師開(kāi)玩笑說(shuō)誰(shuí)調(diào)通了36個(gè)管子就可以立即畢業(yè),。還有交-交變頻只能往工頻一下調(diào)節(jié)頻率,，一般調(diào)到工頻的1/3-1/2，差不多20Hz,。

2交直交變頻器

我們把這種交流變直流而后再變交流這種變頻器叫交直交變頻器。交—直—交變頻器則是先把交流電經(jīng)整流器先整流成直流電,，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波,，再經(jīng)過(guò)逆變器把這個(gè)直流電流變成頻率和電壓都可變的交流電。

分為兩種：

交直交電壓型
交直交電流型

其中前者廣泛使用,，現(xiàn)在的通用變頻器就是采用這種拓?fù)?。其特點(diǎn)是：中間為電解電容儲(chǔ)存提供母線電壓，前級(jí)采用二極管不控整流,，簡(jiǎn)單可靠,，逆變采用三相PWM調(diào)制（目前調(diào)制算法是空間電壓矢量）。由于采用了一定容量的電解電容,，所以直流母線電壓穩(wěn)定,，此時(shí)只要控制好逆變IGBT的開(kāi)關(guān)順序（輸出相序、頻率）和占空比（輸出電壓大?。?，就可以獲得非常*的控制特性。

由于控制方法和硬件設(shè)計(jì)等各種因素,，電壓型逆變器應(yīng)用比較廣泛,。傳統(tǒng)的電流型交直交變頻器采用自然換流的晶閘管作為功率開(kāi)關(guān)，其直流側(cè)電感比較昂貴,，而且應(yīng)用于雙饋調(diào)速中,，在過(guò)同步速時(shí)需要換流電路，在低轉(zhuǎn)差頻率的條件下性能也比較差,，在雙饋異步風(fēng)力發(fā)電中應(yīng)用的不多,。采用電壓型交直交變頻器這種整流變頻裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、諧波含量少,、定轉(zhuǎn)子功率因數(shù)可調(diào)等優(yōu)異特點(diǎn),，可以明顯地改善雙饋發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和輸出電能質(zhì)量，并且該結(jié)構(gòu)通過(guò)直流母線側(cè)電容*實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)的分離,。電壓型交直交變頻器的雙饋發(fā)電機(jī)定子磁場(chǎng)定向矢量控制系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)了基于風(fēng)機(jī)大功率點(diǎn)跟蹤的發(fā)電機(jī)有功和無(wú)功的解耦控制，是目前變速恒頻風(fēng)力發(fā)電的一個(gè)代表方向,。

此外,，還有一種并聯(lián)的交直交逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的主要是通過(guò)一個(gè)交直交電流型和一個(gè)交直交電壓型變頻器并聯(lián),，電流型逆變器作為主逆變器負(fù)責(zé)功率傳輸,，電壓型逆變器作為輔逆變器負(fù)責(zé)補(bǔ)償電流型逆變器諧波。這種結(jié)構(gòu)主逆變器有較低的開(kāi)關(guān)頻率，輔逆變器有較低的開(kāi)關(guān)電流,。同上面提到的交直交電壓型逆變器相比較,，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有低開(kāi)關(guān)損耗，整個(gè)系統(tǒng)的效率比較高,。其缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的,，大量電力電子器件的使用導(dǎo)致成本的上升以及更加復(fù)雜的控制算法，另外該種結(jié)構(gòu)電壓利用率比較低,。

3交直交變頻器存在的問(wèn)題

盡管交—直—交變頻器具有輸出頻率高,、功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，但交—直—交變頻器仍存在許多待改進(jìn)的問(wèn)題：

當(dāng)前大功率高電壓電力電子器件處在發(fā)展期,，GTO元件面臨淘汰,，IGBT，IGCT尚待成熟,；
采用IGCT（或者GTO）,、IECT的變流器，器件故障造成直通短路的保護(hù)還是難題,；電源側(cè)變流器如果發(fā)生直通短路會(huì)造成電網(wǎng)短路,，所以變流器必須采用高漏抗輸入變壓器，一般要求15%,，甚至高達(dá)20%,；
交—直—交變頻器低頻運(yùn)行時(shí)過(guò)載能力減低，一般運(yùn)行在5Hz以下時(shí)變頻器過(guò)載能力減半,；
交—直—交變頻器輸出PWM調(diào)制電壓波形的電壓變化率du/dt很高,，容易造成電機(jī)和電器的絕緣疲勞損傷；輸出導(dǎo)線較長(zhǎng)時(shí),，共模反射電壓會(huì)在電機(jī)側(cè)產(chǎn)生很高的電壓,，如果是兩電平的變流器，這個(gè)電壓的峰值是直流電壓的兩倍,，如果是三電平的變流器,，這個(gè)電壓的峰值是中間一半電壓的三倍；
交—直—交變頻器PWM調(diào)制將產(chǎn)生諧波,、噪聲,、軸電流等問(wèn)題。

手把手教你三相異步電動(dòng)機(jī)啟?？刂齐娐?/span>

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