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电压型与电流型变频器的性能比较

日期: 2018-09-18
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  变频器制动单元供应商提醒您:电流型与电压型变频器,两者都属于交-直-交变频器,由整流器和逆变器两部分组成。


  由于负载一般都是感性的,它电源之间必有无功功率传送,因此在中间的直流环节中,需要有缓冲无功功率的元件。


  如果采用大电容器来缓冲无功功率,则构成电压源型变频器;如采用大电抗器来缓冲无功功率,则构成电流源型变频器。


  电压型变频器和电流型变频器的区别仅在于中间直流环节滤波器的形式不同,但是这样一来,却造成两类变频器在性能上相当大的差异,主要表现列表比较如下:

  1、储能元件:电压型变频器——电容器;电流型——电抗器。


  2、输出波形的特点:电压形电压波形为矩形波电流波形近似正弦波;电流型变频器则为电流波形为矩形波电压波形为近似正弦波


  3、回路构成上的特点,电压型有反馈二极管直流电源并联大容量电容(低阻抗电压源);电流型无反馈二极管直流电源串联大电感(高阻抗电流源)电动机四象限运转容易。


  4、特性上的特点,电压型为负载短路时产生过电流,开环电动机也可能稳定运转;电流型为负载短路时能抑制过电流,电动机运转不稳定需要反馈控制。


  电流型逆变器采用自然换流的晶闸管作为功率开关,其直流侧电感比较昂贵,而且应用于双馈调速中,在过同步速时需要换流电路,在低转差频率的条件下性能也比较差。


  变频器的结构特征


  1. 电流型变频器变频器的直流环节采用了电感元件而得名,其优点是具有四象限运行能力,能很方便地实现电机的制动功能。缺点是需要对逆变桥进行强迫换流,装置结构复杂,调整较为困难。另外,由于电网侧采用可控硅移相整流,故输入电流谐波较大,容量大时对电网会有一定的影响。


  2. 电压型变频器由于在变频器的直流环节采用了电容元件而得名,其特点是不能进行四象限运行,当负载电动机需要制动时,需要另行安装制动电路。功率较大时,输出还需要增设正弦波滤波器。


  3. 高电流型变频器它采用GTO,SCR或IGCT元件串联的办法实现直接的高压变频,目前电压可达10KV。由于直流环节使用了电感元件,其对电流不够敏感,因此不容易发生过流故障,逆变器工作也很可靠,保护性能良好。其输入侧采用可控硅相控整流,输入电流谐波较大。变频装置容量大时要考虑对电网的污染和对通信电子设备的干扰问题。均压和缓冲电路,技术复杂,成本高。由于器件较多,装置体积大,调整和维修都比较困难。逆变桥采用强迫换流,发热量也比较大,需要解决器件的散热问题。其优点在于具有四象限运行能力,可以制动。需要特别说明的是,该类变频器由于较低的输入功率因数和较高的输入输出谐波,故需要在其输入输出侧安装高压自愈电容。


  4. 高电压型变频器电路结构采用IGBT直接串联技术,也叫直接器件串联型高压变频器。其在直流环节使用高压电容进行滤波和储能,输出电压可达6KV,其优点是可以采用较低耐压的功率器件,串联桥臂上的所有IGBT作用相同,能够实现互为备用,或者进行冗余设计。缺点是电平数较低,仅为两电平,输出电压dV/dt也较大,需要采用特种电动机或整加高压正弦波滤波器,其成本会增加许多。它不具有四象限运行功能,制动时需另行安装制动单元。这种变频器同样需要解决器件的均压问题,一般需特殊设计驱动电路和缓冲电路。对于IGBT驱动电路的延时也有极其苛刻的要求。一旦IGBT的开通、关闭的时间不一致,或者上升、下降沿的斜率相差太悬殊,均会造成功率器件的损坏。


  高压变频器的种类繁多,其分类方法也多种多样。按着中间环节有无直流部分,可分为交交变频器和交直交变频器;按着直流部分的性质,可分为电流型和电压型变频器。


  电流型变频器


  由于在变频器的直流环节采用了电感元件而得名,其优点是具有四象限运行能力,能很方便地实现电机的制动功能。缺点是需要对逆变桥进行强迫换流,装置结构复杂,调整较为困难。另外,由于电网侧采用可控硅移相整流,故输入电流谐波较大,容量大时对电网会有一定的影响


  电压型变频器


  由于在变频器的直流环节采用了电容元件而得名,其特点是不能进行四象限运行,当负载电动机需要制动时,需要另行安装制动电路。功率较大时,输出还需要增设正弦波滤波器。


  1、电压型与电流型有什么不同?

  变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器,直流回路的滤波是电容;电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器,其直流回路滤波是电感。


  2、为什么变频器的电压与电流成比例的改变?

  异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的,在额定频率下,如果电压一定而只降低频率,那么磁通就过大,磁回路饱和,严重时将烧毁电机。因此,频率与电压要成比例地改变,即改变频率的同时控制变频器输出电压,使电动机的磁通保持一定,避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。


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