第一章 变频器的基本知识

在20世纪初期乃至其后的数十年时间里，直流调速一直统治着电气传动领域的电动机调速技术，但由于直流电动机使用换相器，使其维护工作量较大，而且它的单机容量和最高转速等技术性能在许多生产环境下都不能满足要求，于是从20世纪30年代开始，人们开始了交流调速技术的研究。直至20世纪60年代，电力电子技术开始快速发展，电力电子器件从SCR（晶闸管）、GTO（门极可关断晶闸管）、BJT（双极型晶体管）、MOSFET（金属氧化物场效应管）、MCT（MOS控制晶闸管），发展到后来的IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、HVIGBT（耐高压绝缘栅双极型晶体管），这一进程极大地促进了电力变换技术的发展。在电力电子元器件制造技术快速发展的同时，微电子技术，信息与控制等多个学科领域也成为变频技术发展的重要推动力。20世纪70年代，脉宽调制变压变频（PWM—VVVF）调速的研究引起了人们的重视。20世纪80年代，科研人员对作为变频技术核心的PWM模式优化问题做了进一步研究，得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。在此研究成果的基础上，美、日、英、德等发达国家的VVVF变频器在20世纪80年代后期开始投放市场，并逐渐得到广泛推广和应用。

我国的变频调速技术紧跟世界科技发展潮流，在20世纪90年代以后获得了突飞猛进的发展，各种通用、专用变频器纷纷面市，规格齐全，性能优异。目前功率可以做到几千千瓦，工作电压最高可达10kV，基本可以满足国民经济各行各业对变频调速装置的不同需求。变频器在调整电动机转速满足生产工艺要求的同时，还有明显的节电效益，尤其是在风机、水泵类负载的应用中。风机/水泵类负载在使用中，一般都需要经常调整其风量/水量，传统的方法是采用机械式风闸门/水闸门进行调节，这会带来很大的功率损耗，使用变频器之后，可以直接通过改变电动机转速达到调节目的，有效地减少了机械闸门调节损耗，最佳效果可节能达30%左右，是国家重点推广的节能技术。变频器还兼有软起动和软停机功能，可以节约软起动设备的投资，消除设备起动时的机械冲击，延长设备寿命和维修周期；降低起动电流，消除起动时对相邻设备的影响；降低起动时对供电容量的要求。因此，变频器的应用具有节约运行成本、节能减排等综合社会经济效益。