一、 通用變頻器的主電路

通用變頻器的主電路一般都是電壓型交-直-交如圖1所示。逆變元件現(xiàn)在一般都用IGBT、IPM，GTR已是淘汰產(chǎn)品。成都佳靈電氣制造公司的JP6C-T9型容量從0.75~75kW逆變元件為IPM，75~280kW逆變元件為IGBT。這兩種元件是世界上生產(chǎn)變頻器最先進的元件，與傳統(tǒng)的雙極性GTR相比，其特點是IGBT具有MOSFET高輸入阻抗、高速特性同時也具有GTR大電流密度的特點；IGBT為電壓驅(qū)動，而GTR為電流驅(qū)動。IGBT驅(qū)動電流在100nA量級可控制幾十安培電流輸出，直流電源增益達10⁸~10⁹，幾乎不消耗功率，驅(qū)動電路簡單、效率高，因此功耗很小，變頻器散熱片面積比GTR小1/3，變頻器外形尺寸小；IGBT的開關(guān)速度比GTR快，開關(guān)時間為10~100ns量級，GTR則以µs計，以至達到幾十微妙，因此IGBT有較高的工作頻率，用IGBT生產(chǎn)出來的變頻器人們聽到的噪聲幾乎沒有，與GTR相比降低了20dB，可與電動機直接用工頻電源驅(qū)動噪聲相比，如圖2所示。由于工作頻率高，輸出電流波形為一條圓滑的正弦波形；IGBT有正的電阻高溫系數(shù)，具有良好的熱穩(wěn)定性，對過電流有自限流作用，多只同樣管子的并聯(lián)有自均流作用，這些都是GTR難以辦到的；安全工作區(qū)大，具有高度線性化的跨導(dǎo)。為此在變頻器逆變元件用IGBT逐步代替GTR是必然的趨勢，JP6C-T9型用這樣的逆變元件制造大容量的變頻器可以說是世界上第一流的。

圖1  通用變頻器原理圖

圖2 噪聲特性

IPM是智能化的IGBT，把IGBT功率元件的電路與驅(qū)動電路和保護電路集成在一個芯片上的模塊，過去成千個元件組成的各種電路而現(xiàn)在是一個芯片，可靠性就大為增加，其失效率把幾千個元件失效率變?yōu)?/SPAN>1個，把可靠性提高到原分立元件的幾千倍，同時減少了大量焊點，系統(tǒng)的可靠性就更高了。因此JP6C-T9型MTBF可達到高可靠、長壽命的要求，變頻器外形尺寸小。

二、 先進的控制技術(shù)、矢量控制

1.轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩特性   采用不同控制方式，轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩特性是不一樣的，如采取U/f控制其特性如圖3所示。它的調(diào)速范圍較窄，在低速時運行轉(zhuǎn)差率較大，特性較軟。采用矢量控制，其特性如圖4所示。使用無速度傳感器矢量控制變頻器驅(qū)動通用電動機時，也能保證在整個頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)矩控制，在1Hz時，也有150%以上的高起動轉(zhuǎn)矩，可在3：1的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)(16~50Hz)以100%轉(zhuǎn)矩連續(xù)運行，轉(zhuǎn)速調(diào)整率為±1%。

圖3  U/f控制速度與轉(zhuǎn)矩特性

圖4  矢量控制轉(zhuǎn)矩特性

圖5  速度響應(yīng)特性

2.快速響應(yīng)功能   變頻器采用了單片機控制，特別是采用了高速數(shù)字信號處理器(DSP)，其計算速度快，轉(zhuǎn)速調(diào)整響應(yīng)快，因此在提升設(shè)備中應(yīng)用，對防止“滑落”很有效。

轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度為0.1s，如圖5所示。

3.AVR功能保證了高起動轉(zhuǎn)矩的實現(xiàn)   當(dāng)線電壓下降時，使用AVR(自動電壓調(diào)整)功能，可以維持高起動轉(zhuǎn)矩。如圖6所示。

圖6  AVR功能

4.電動機參數(shù)自動調(diào)整功能   變頻器與電動機參數(shù)調(diào)整的步驟自動進行，從而簡便了使用操作，因此可以更有效也更易于實現(xiàn)強力運行。

標(biāo)準(zhǔn)電動機參數(shù)已由工廠制定，對一些特殊電動機自動調(diào)整功能無法提供滿意的精確度，在這種情況下，實際的電動機參數(shù)可以由編程器輸入。

5.模糊邏輯加、減速功能   此功能根據(jù)電動機負載和制動要求自動地計算出最佳加速/減速時間，這就省掉了試機并避免了出錯，如圖7所示。負載固定時在某一電壓下電動機的電流達最小。當(dāng)電流最小時，功率最小，自動追蹤功率最小的電壓。

圖7 模糊邏輯加-減速跟蹤

6.降低能源消耗，自動節(jié)能運行功能   變頻器會自動地選擇操作參數(shù)，使電動機在滿足負載轉(zhuǎn)矩要求的情況下以最小電流運行，這就使之與傳統(tǒng)變頻器相比，更能降低能源消耗。此功能對應(yīng)用于像風(fēng)機和水泵等低轉(zhuǎn)矩要求的負載是非常有效的。

7.多段轉(zhuǎn)速功能   內(nèi)裝速度設(shè)定和定時器設(shè)定功能，因而能進行7段轉(zhuǎn)速特性曲線運轉(zhuǎn)（能選擇連續(xù)、繼續(xù)、保持最終值），對各種速度，都用任意加速時間、旋轉(zhuǎn)方向、運轉(zhuǎn)時間，如圖8所示。

圖8 多速度功能

8.內(nèi)裝PI或PID調(diào)節(jié)功能。

9.由于采用SVPWM控制和高工作頻率的IGBT、IPM，其輸出電流波形大為改善，而且消耗電流大為降低，與一般的SPWM控制比較如圖9所示。

圖9 JP6C-T9型SVPWM與傳統(tǒng)SPWM的消耗電流比較（參考用）

注：電流有效值：使用一般表的讀數(shù)，并非依實際值計算。