如何选用变频器-建筑电气2009.3
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【摘要】变频器在传动领域应用广泛。对如何正确选用变频器作了全面分析与介绍。包括了解变频器的逆变元件、拓扑电路，变频器对拖
文本预览
如 何 选 用 变 频 器
吴忠智 (北京中瑞电子系统工程设计院，北京市 100039)
How to Select Frequency Convertors
Wu Zhongzhi(Electronic Systems Engineering Design Institute BJZR，Beijing 100039，China)
Abstract Frequency convertors are widely applied 开关频率 200 Hz，可制作高压大功率变频器 ．价格
in the driving field．How to appropriately select the 便宜，缺点是效率低、谐波大、噪音大。
frequency convertors is comprehensively analyzed and
可关断晶闸管 GTO出现于 1960年 。现耐压达
introduced，including the understanding of the inversion
9．5 kV，电流达 2．5 kA，正向压降 1～3 V．开关频
elements of the frequency convertor，topological circuit，
the control mode of the frequency convertor on the driving 率 400 Hz，用于制作地铁、矿用高压大功率交 一交变
motor and the load—torque characteristic， etc．In the 频器，缺点仍是谐波大、效率低。
application of frequency convertors， it should be
高功率晶体管 GTR模块 出现于1980年 ，目前正
considered that there are harmonics in the input and
在被逐渐淘汰。
output current and the relevant matching equipments for
绝缘栅双极型晶体管 IGBT及模块 出现于1988
harmonic suppression should be selected．
Key words Frequency convertor Power 年 ，电压达 4 kV (5 kV)，电流 2 kA，正向压降 1～
electronic devices Topological circuit Load 2V。开关频率 3 kHz，现普遍采用此元器件制作高、
characteristic Harmonic
低压大小功率变频器，在同等情况下比前述元器件制
作的变频器价格要高，但可做到静音、谐波少、效率
摘 要 变频器在传动领域应用广泛。对如何正 高。1990年把 IGBT与控制电路 、电源保护电路集成
确选用变频器作了全面分析与介绍。包括 了解变频器 在一个芯片上的智能功率模块 IPM，具有可靠性高、
的逆变元件、拓扑电路 ，变频器对拖动电机的控制方 体积小的特点。
式、负载转矩特性等。在应用变频器时，应考虑变频 上述元器件的发展，使以这些元器件作为逆变元
器的输入输出电流中含有谐波．要选用相应的抑制谐 件的变频器得以发展 (变频器按器件分类见表 1)。变
波的配套设备。 频器要求逆变元件有理想的静态特性．即：在阻断状
关键词 变频器 电力电子器件 拓扑电路 负 态时能承受高电压 ；在导通状态时 ，能通过大电流 ，
载特性 谐波 有较低 的导通压降，损耗小 ，发热量小 ；在开关状
态转换时，具有短的开、关时间，即开关频率高，
变频器应用中存在的问题，绝大部分都是因设计 而且能承受高的d“／d￡(电压上升率)。具有全控功
上考虑不周，选用不当造成的。其后果不但造成经济 能，长寿命 ，结构紧凑 ，体积小，成本低等特点。
损失，而且使配电系统解列。笔者在此总结变频器的 上述这些电力电子器件有些是满足部分要求 ，有
应用经验 ．列出选用变频器的基本要点，以求达到安 些是逐步向这个方向发展。虽然逆变元件的价格几乎
全应用变频器的目的，供同仁参考。 不超过变频器的20％～30％，但是整台设备的价格和
性能在很大程度上受到这些器件特性的影响。要设计
1 变频器的逆变元器件
出高效、可靠、性价比高的系统，必须对这些器件及
半导体器件是现代电力电子设备的核心，变频器就 其特性有深入的了解，要知道器件不同，变频器性能
是一直随着电力电子器件的发展而发展的。 就不同。副作用也不一样。
硅晶闸管 SCR出现于1957年，现在生产的SCR， 例如某工程随成套设备带来的采用 SCR作逆变
其耐压可达 12 kV，电流达 3．5 kA，正向压降2 V， 元件的变频器，价格便宜，但谐波电流大，致使剩余
3建 锰电乞。
———_________·■ 8UILD{NG
2D口9年第3期I EL嚣 RICn繁
电流动作保护经常跳闸。提高剩余电流动作保护的整 正组 负组
定值后不跳 了，但差动保护跳了，使配电系统解列。 一 7 7 7
一 —— —— —— —— 一
后来加了滤波器才得以解决。 —1 1
差 览
2 变频器的拓扑电路
—— —— —— —— I 7—— _— 7—— —— 7一
变频器的拓扑电路不同。功能效率就不同，要根据
图 1 交 一交变频器拓扑电路
应用对象进行选择。目前普遍应用的有下列几种。
Fig．1 Topological circuit of the AC—AC frequency conveaor
2．1 交一交变频器
交 一交变频器是指无直流中间环节 ，直接将电网频 路 、6脉波非分离负载桥式电路 、12脉波桥式电
率 (f)的电压变换为比电网频率低而可变的输出电压 路、3脉波带中点三角形负载电路、3脉波环形电路。
的变换器，见图 1。电路方式有：6脉波分离负载桥式电 2。2 交 一直 一交变频器 【分类见表 2)
表 1 变频器按器件分类
Tab．1 Classification of frequency conve~om by devices
变频器 逆变器部分所用 控制电动机 变频器 应用场合 适用行业
元器件 输出功率
交 一直变流器 (斩波器)、 晶闸管 直流电动机 交流电动机、整流电源 高压大功率 耗能大、 石油化工、
交 一交变频器 、 精度要求不高 冶金
交 一交变频器、 异步电动机 调速性能
交一直一交VSI(电压源)变频器、 CTR (笼型和绕线转子) 中、小功率 要求低 各行业
交一直一交CSI(电流源)变频器 (2象限运行)
IGBT变频器 高、中压， 调速性能 各行业、
IGBT、IGCT 异步电动机
IGCT变频器 、 (集成门极换向晶闸管) 同步电动机 中、大功率 要求高 采矿、
、
1～50MW (4象限运行) 船舶
IGCT变频器、 IGCT、 特殊电动机：开关磁阻电动机
IGBT变频器、 IGBT、 (SRM)、无刷直流电动机 (BDCM)、 伺服控制 加工工业
IPM变频器 IPM 步进电动机、执行机构、直线电动机
MOSFET变频器、 MOSFET(功率场效应 轻型、 航空航天
IGBT变频器、IPM变频器 晶体管)、IGBT、IPM 微型电源
表 2 交一直 一交变频器的分类
Tab．2 Classification of the AC—DC—AC frequency couvertoys
主回路 逆变器部分 主圃路构成
方式 控制方式 所用元器件 输出波形 特点
标准构成 需要再生肘
IGPTMR、、GIGT0BT、 n11 酋 可逆整流器 通用性好高经功济(不率性选因好择数、 负载)、
电压控制 t 或制动回路
’t 睁 悟r— P 通用性好
电压型 晶闸管 ．．
电流控制 0n11 门nnnn~" L L J 响应快、
’， 一 N 高功率因数
l
电压控制 晶闸管 ． ． I／广 有利于频繁加
电流型 GTR ／ 曰 、 减速
电流控制 GTO、、 ／。 0n厂]r 响应快
IGBT ／
42．2．1 交 一直 一交电流源型变频器 (CSI) = … 】．， c0s 】 (1)
吴忠智 (北京中瑞电子系统工程设计院，北京市 100039)
How to Select Frequency Convertors
Wu Zhongzhi(Electronic Systems Engineering Design Institute BJZR，Beijing 100039，China)
Abstract Frequency convertors are widely applied 开关频率 200 Hz，可制作高压大功率变频器 ．价格
in the driving field．How to appropriately select the 便宜，缺点是效率低、谐波大、噪音大。
frequency convertors is comprehensively analyzed and
可关断晶闸管 GTO出现于 1960年 。现耐压达
introduced，including the understanding of the inversion
9．5 kV，电流达 2．5 kA，正向压降 1～3 V．开关频
elements of the frequency convertor，topological circuit，
the control mode of the frequency convertor on the driving 率 400 Hz，用于制作地铁、矿用高压大功率交 一交变
motor and the load—torque characteristic， etc．In the 频器，缺点仍是谐波大、效率低。
application of frequency convertors， it should be
高功率晶体管 GTR模块 出现于1980年 ，目前正
considered that there are harmonics in the input and
在被逐渐淘汰。
output current and the relevant matching equipments for
绝缘栅双极型晶体管 IGBT及模块 出现于1988
harmonic suppression should be selected．
Key words Frequency convertor Power 年 ，电压达 4 kV (5 kV)，电流 2 kA，正向压降 1～
electronic devices Topological circuit Load 2V。开关频率 3 kHz，现普遍采用此元器件制作高、
characteristic Harmonic
低压大小功率变频器，在同等情况下比前述元器件制
作的变频器价格要高，但可做到静音、谐波少、效率
摘 要 变频器在传动领域应用广泛。对如何正 高。1990年把 IGBT与控制电路 、电源保护电路集成
确选用变频器作了全面分析与介绍。包括 了解变频器 在一个芯片上的智能功率模块 IPM，具有可靠性高、
的逆变元件、拓扑电路 ，变频器对拖动电机的控制方 体积小的特点。
式、负载转矩特性等。在应用变频器时，应考虑变频 上述元器件的发展，使以这些元器件作为逆变元
器的输入输出电流中含有谐波．要选用相应的抑制谐 件的变频器得以发展 (变频器按器件分类见表 1)。变
波的配套设备。 频器要求逆变元件有理想的静态特性．即：在阻断状
关键词 变频器 电力电子器件 拓扑电路 负 态时能承受高电压 ；在导通状态时 ，能通过大电流 ，
载特性 谐波 有较低 的导通压降，损耗小 ，发热量小 ；在开关状
态转换时，具有短的开、关时间，即开关频率高，
变频器应用中存在的问题，绝大部分都是因设计 而且能承受高的d“／d￡(电压上升率)。具有全控功
上考虑不周，选用不当造成的。其后果不但造成经济 能，长寿命 ，结构紧凑 ，体积小，成本低等特点。
损失，而且使配电系统解列。笔者在此总结变频器的 上述这些电力电子器件有些是满足部分要求 ，有
应用经验 ．列出选用变频器的基本要点，以求达到安 些是逐步向这个方向发展。虽然逆变元件的价格几乎
全应用变频器的目的，供同仁参考。 不超过变频器的20％～30％，但是整台设备的价格和
性能在很大程度上受到这些器件特性的影响。要设计
1 变频器的逆变元器件
出高效、可靠、性价比高的系统，必须对这些器件及
半导体器件是现代电力电子设备的核心，变频器就 其特性有深入的了解，要知道器件不同，变频器性能
是一直随着电力电子器件的发展而发展的。 就不同。副作用也不一样。
硅晶闸管 SCR出现于1957年，现在生产的SCR， 例如某工程随成套设备带来的采用 SCR作逆变
其耐压可达 12 kV，电流达 3．5 kA，正向压降2 V， 元件的变频器，价格便宜，但谐波电流大，致使剩余
3建 锰电乞。
———_________·■ 8UILD{NG
2D口9年第3期I EL嚣 RICn繁
电流动作保护经常跳闸。提高剩余电流动作保护的整 正组 负组
定值后不跳 了，但差动保护跳了，使配电系统解列。 一 7 7 7
一 —— —— —— —— 一
后来加了滤波器才得以解决。 —1 1
差 览
2 变频器的拓扑电路
—— —— —— —— I 7—— _— 7—— —— 7一
变频器的拓扑电路不同。功能效率就不同，要根据
图 1 交 一交变频器拓扑电路
应用对象进行选择。目前普遍应用的有下列几种。
Fig．1 Topological circuit of the AC—AC frequency conveaor
2．1 交一交变频器
交 一交变频器是指无直流中间环节 ，直接将电网频 路 、6脉波非分离负载桥式电路 、12脉波桥式电
率 (f)的电压变换为比电网频率低而可变的输出电压 路、3脉波带中点三角形负载电路、3脉波环形电路。
的变换器，见图 1。电路方式有：6脉波分离负载桥式电 2。2 交 一直 一交变频器 【分类见表 2)
表 1 变频器按器件分类
Tab．1 Classification of frequency conve~om by devices
变频器 逆变器部分所用 控制电动机 变频器 应用场合 适用行业
元器件 输出功率
交 一直变流器 (斩波器)、 晶闸管 直流电动机 交流电动机、整流电源 高压大功率 耗能大、 石油化工、
交 一交变频器 、 精度要求不高 冶金
交 一交变频器、 异步电动机 调速性能
交一直一交VSI(电压源)变频器、 CTR (笼型和绕线转子) 中、小功率 要求低 各行业
交一直一交CSI(电流源)变频器 (2象限运行)
IGBT变频器 高、中压， 调速性能 各行业、
IGBT、IGCT 异步电动机
IGCT变频器 、 (集成门极换向晶闸管) 同步电动机 中、大功率 要求高 采矿、
、
1～50MW (4象限运行) 船舶
IGCT变频器、 IGCT、 特殊电动机：开关磁阻电动机
IGBT变频器、 IGBT、 (SRM)、无刷直流电动机 (BDCM)、 伺服控制 加工工业
IPM变频器 IPM 步进电动机、执行机构、直线电动机
MOSFET变频器、 MOSFET(功率场效应 轻型、 航空航天
IGBT变频器、IPM变频器 晶体管)、IGBT、IPM 微型电源
表 2 交一直 一交变频器的分类
Tab．2 Classification of the AC—DC—AC frequency couvertoys
主回路 逆变器部分 主圃路构成
方式 控制方式 所用元器件 输出波形 特点
标准构成 需要再生肘
IGPTMR、、GIGT0BT、 n11 酋 可逆整流器 通用性好高经功济(不率性选因好择数、 负载)、
电压控制 t 或制动回路
’t 睁 悟r— P 通用性好
电压型 晶闸管 ．．
电流控制 0n11 门nnnn~" L L J 响应快、
’， 一 N 高功率因数
l
电压控制 晶闸管 ． ． I／广 有利于频繁加
电流型 GTR ／ 曰 、 减速
电流控制 GTO、、 ／。 0n厂]r 响应快
IGBT ／
42．2．1 交 一直 一交电流源型变频器 (CSI) = … 】．， c0s 】 (1)
AIGC"如何选用变频器"是《建筑电气》2009年3期中可能探讨的一个技术专题。在该文章中，通常会详细阐述变频器在建筑电气系统中的应用及选型原则，内容可能包括：
1. 变频器基本概念与原理：介绍变频器的工作原理、类型（如电压源型、电流源型等）及其在交流电机调速中的作用。
2. 建筑电气系统需求分析：针对不同类型的建筑设备（如电梯、空调、水泵、风机等），解释其对变频器性能的需求，如频率调节范围、功率因数、效率、动态响应时间、控制方式（V/f、矢量控制等）等。
3. 选型依据与参数匹配：列举并解释变频器的主要参数，如额定电压、频率、容量、过载能力、保护功能等，并结合实际应用场景给出具体的选择依据，例如电机功率、启动电流、负载特性、环境条件等。
4. 考虑因素的综合评估：除了上述技术参数外，还会强调经济性、可靠性和维护方便性等因素在变频器选型中的重要性，以及国内外品牌和市场情况的影响。
5. 实际案例与解决方案：通过具体的工程实例，展示在实际应用中如何进行变频器的合理选择与配置，以确保系统的稳定运行和节能效果。
总之，《建筑电气》2009年3月刊的这一篇文章将为读者提供一个全面且实用的变频器选型指南，帮助读者更好地理解和应用变频技术于建筑电气领域。
