變頻電源

　　理想的交流電源的特點(diǎn)是頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、內(nèi)阻等于零、電壓波形為純正弦波（無失真）。變頻電源十分接近于理想交流電源，因此，先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家越來越多地將變頻電源用作標(biāo)準(zhǔn)供電電源，以便為用電器提供最優(yōu)良的供電環(huán)境，便于客觀考核用電器的技術(shù)性能。變頻電源主要有二大種類：線性放大型和SPWM開關(guān)型。

　　發(fā)展歷程

　　變頻電源是在國(guó)內(nèi)一般的稱呼，更準(zhǔn)確的說，應(yīng)該叫交流電力頻率轉(zhuǎn)換器，即AcpowerFrequencyConverter，一般用縮寫AFC來稱呼。變頻電源的整個(gè)發(fā)展史基本是隨著電子器件的發(fā)展而發(fā)展的。

　　80年代前后，電子式變頻電源多以日本的小型儀器電源為主，該類儀器電源多采用晶體放大的方式制作，80年代后通過臺(tái)灣傳入中國(guó)大陸。該時(shí)期的電源特點(diǎn)為：功率小，精度好，效率低。

　　80年代，中國(guó)大陸走上了改革開放的道路，在此階段，中國(guó)大陸的進(jìn)出口設(shè)備逐漸加大，尤其以微波爐及空調(diào)為代表性的電器出口份額增加，因此需求大功率變頻電源進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于該部分市場(chǎng)應(yīng)用的需求，原有的產(chǎn)品功率已不能滿足，所以，電源廠家尋求新的技術(shù)來擴(kuò)大電源的功率。根據(jù)當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件及電子器件，主要向兩條路發(fā)展，一方面是保持晶體式的方式不變，采用多機(jī)并聯(lián)的方式進(jìn)行擴(kuò)容；另一種方式是采用功率晶體模組。

　　晶體式多級(jí)串聯(lián)的方式，需要解決環(huán)流問題，而且效率低，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，消耗太大；功率晶體模組變頻方式反應(yīng)慢，功率有限，工作電壓低，耐壓在600V左右，輸出采用PAM濾波方式（為單方波加低次濾波），輸出波形失真較大。這兩種方式制作的電源產(chǎn)品功率依舊不能滿足日益增長(zhǎng)的需求，所以大功率的負(fù)載需要變頻測(cè)試時(shí)，多采用電機(jī)后拖動(dòng)發(fā)電機(jī)的方式（M+G）來滿足。

　　電機(jī)后拖動(dòng)發(fā)電機(jī)的方式（M+G）在使用過程中，存在磨損，以及效率轉(zhuǎn)換問題。后來參考美國(guó)技術(shù)，采用SCR來做逆變器，該方式制作的電源，功率大，能滿足客戶使用，比較好的用于取代電機(jī)后拖動(dòng)發(fā)電機(jī)的方式（M+G），但是該系列的產(chǎn)品有一個(gè)較大的缺點(diǎn)，機(jī)器在轉(zhuǎn)換的過程中，噪音非常大，達(dá)到70dB<1m

　　隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，在80年代末，富士生產(chǎn)出了第一代的IGBT，該電子器件的特性集成了GTR及MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，開關(guān)速度快，通流能力強(qiáng)，故很快就被應(yīng)用到逆變領(lǐng)域。隨著實(shí)力強(qiáng)大的三菱、西門康、英飛凌等廠家在IGBT領(lǐng)域的加入，使得IGBT的發(fā)展速度日新月異，更新?lián)Q代的速度加快，IGBT的開關(guān)速度及通流能力得到進(jìn)一步的加強(qiáng)，這樣，就使得大功率的變頻電源的制作得以實(shí)現(xiàn)。

　　應(yīng)用領(lǐng)域

　　由于世界各國(guó)電網(wǎng)指標(biāo)不統(tǒng)一，出口電器廠商需要電源模擬不同國(guó)家的電網(wǎng)狀況，為工程師在設(shè)計(jì)開發(fā)、生產(chǎn)線測(cè)試及品保的產(chǎn)品檢測(cè)、壽命、過高壓/低壓模擬測(cè)試等應(yīng)用中提供純凈可靠的、低諧波失真、高穩(wěn)定的頻率和穩(wěn)壓率的正弦波電力輸出；進(jìn)口原裝電器、設(shè)備的用戶也需要對(duì)我國(guó)電網(wǎng)進(jìn)行變壓、變頻以保證進(jìn)口電器、設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；滿足航空電子及軍事設(shè)備高頻的需求。

　　主要用于制造或出口貿(mào)易商對(duì)出口電器產(chǎn)品的用電檢測(cè)、調(diào)試及用于精密儀器的供電電源。廣泛適用于家電制造業(yè)、電機(jī)、電子制造業(yè)、IT產(chǎn)業(yè)、電腦設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室等。

　　種類

　　變頻電源裝置主要分為交—直—交變頻和交—交變頻兩大類，交—直—交變頻又可分為電壓型和電流型兩大類，交—交變頻多為電壓型，也有少量使用電流型。

　　變頻電源控制方式分為電壓型、電流型、脈沖寬度調(diào)制型等。其主回路的拓?fù)?、控制策略都有多種方式可以選擇，如功率器件有scr（晶閘管，thyristor）、gto（門極關(guān)斷晶閘管，gateturn-offthyristor）、igbt（絕緣柵雙極晶體管，insulated-gatebipolartransistor）、igct（集成門極換流晶閘管，integratedgatecommutatedthyristor，是一種新型半導(dǎo)體功率器件，在gto的基礎(chǔ)發(fā)展起來的）等；主回路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可選擇兩電平、三電平、負(fù)載換相式scr電流型變頻器等，控制策略可選擇v/f控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、脈沖寬度調(diào)制（pwm）或脈沖幅度調(diào)制（pam）等；電壓也有高壓（3～6kv，主要是大容量的同步或異步電動(dòng)機(jī)）、中壓或抵壓（如一般的小功率380v和軋鋼輔傳動(dòng)的電動(dòng)機(jī)）等。此外，變頻調(diào)速還有變極調(diào)速，無級(jí)調(diào)速還有矢量控制方式、變壓變頻（vvvf）控制方式等，價(jià)格極為不同，如何選擇是一大問題。表3示出了我國(guó)寶鋼從日本引進(jìn)的于1989年投產(chǎn)的1900mm板坯連鑄全交流方式。從表中可以看出，變頻調(diào)速采用變極、vvvf和矢量變換控制三種方式，在調(diào)速要求不需無級(jí)的只須有限變速的采用變極控制方式，要求速度控制不嚴(yán)格的如輥道速度控制采用變壓變頻（vvvf）方式，要求速度控制嚴(yán)格的才采用矢量變換控制方式，這樣目的是節(jié)約投資和簡(jiǎn)化維護(hù)，這種按工藝要求選擇變頻器的方法可作為為其他車間交流化作為準(zhǔn)則，如燒結(jié)的全交流化，其配料的變頻電源采用vvvf方式，臺(tái)車采用矢量變換控制方式。