空气能热泵变频器的历史及工作原理

1、变频驱动器的历史
变频器的英文译名是VFD(Variable-frequency Drive),是现代科技由中文反向译为英文为数不多的实例之一。(VFD也可解释为Vacuum fluorescent display一真空荧光管,这种译法不常用)。变频器是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式来控制交流电动机的电力传动元件。变频器在中、韩等亚洲地区受日本厂商影响而曾被称WW(VariableVoltageVariableFrequency Inverter).变频技术是为解决传统的直流调速因体积大、故障率高、应用局限大,在交流电机无级调速的广泛需求下诞生的。

上世纪60年代,电力电子晶闸管及其升级产品器件虽然普遍应用,但其调速性能远远无法满足各方面需要。上世纪70年代,脉宽调制变压变频(PWM-WVF)调速的研究得到突破,上世纪80年代以后微处理器技术的完善使得各种优化算法得以实现。80年代中、后期,美、日、德、英等发达国家的VWF变频器技术实用化商品投入市场,得到了广泛认可。于是日本人买了英国人的变频器技术专利研制了最早的变频器。但是美、德凭借电子元件规模化生产和前沿电子技术优势,高端产品迅速抢占了国际市场。21世纪初,国产变频器的迅速崛起,快速抢占了国内及国际高端市场。

单元串联型变频器是由于采用功率单元相互串联的办法解决了高压的难题而得名,是近几年才发展起来的一种电路拓扑结构,它主要由输入变压器、功率单元和控制单元三大部分组成。采用模块化设计,可直接驱动交流电动机,无需输出变压器,更不需要任何形式的滤波器。整套变频器共有18个功率单元,每相由6台功率单元相串联,并组成Y形连接,直接驱动电机。每台功率单元电路、结构完全相同,可以互换,也可以互为备用.

变频器的输入部分是一台移相变压器,原边采用Y形连接,副边采用沿边三角形连接,共18副三相绕组,分别为每台功率单元供电。它们被平均分成1.11、田三大部分,每部分具有6副三相小绕组,之间均匀相位偏移10度。单元串联型变频器变频器的特点:
① 采用多重化PWM方式控制,输出电压波形接近正弦波。
② 整流电路的多重化!脉冲数多达36,功率因数高,输入谐波小。
③ 模块化设计,结构紧凑,维护方便,增强了产品的互换性。
④ 直接高压输出,无需输出变压器。
⑤ 极低的dv/dt输出,无需任何形式的滤波器。
⑥ 采用光纤通讯技术,提高了产品的抗干扰能力和可靠性。
⑦ 功率单元自动旁通电路,能够实现故障不停机功能。

现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展,促进了电气传动技术的革命。交流调速取代直流调速、计算机数字控制取代模拟控制已成为今天电力电子控制的发展趋势。交流电机变频调速是当今节约电能,改善生产工艺流程,提高产品质量,以及改善运行环境的一种主要手段,变频调速以其高效率,高功率因数,以及优异的调速和启制动性能等诸多优点,被国内外公认为最有发展前途的调速方式。以前的高压变频器,由可控硅整流,可控硅逆变等器件组成,所以谐波大,对电网和电机的影响缺点比较多。近年来,发展起来的IGBT、IGCT、SGCT等一些新型器件构成的高压变频器,不仅具有谐波小、功率因数、适应性能得到很大提高,可以实现PWM逆变,基至是PWM整流。
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2、变频器工作原理
变频器的主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分,变频器的主电路大体上可分为两类电压型和电流型。
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。它由三部分构成,将工频电源变换为直流功率的°整流器。,吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的”平波回路 ”,以及将直流功率变换为交流功率的”逆变器 ”。
① 整流器由二极管变流器,把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器,由于其功率方向可逆,可以进行再生运转。
② 平波回路在整流器整流后的直流电压中,含有电源6倍频率的脉动电压,此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动,采用电感和电容吸收脉动电压(电流).如果装置容量小·,或电源和主电路构成器件有余量,也可以省去电感,采用简单的平波回路,

③ 逆变器同整流器相反,逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率,在确定的时间段使6个开关器件导通、关断,以此得到3相交流的输出。控制电路是给异步电动机可调电压、频率的主电路供电,提供控制信号的回路,它有频率、电压的“运算电路”,主电路的“电压、电流检测电路”,电动机的“速度检测电路”,将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”,以及逆变器和电动机的”保护电路“组成。

运算电路:将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算。决定逆变器的输出电压、频率。

电压,电流检测电路:与主回路电位隔离检测电压、电流等。

驱动电路:驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。

速度检测电路:将装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号速度信号。送入运算回路,根据指令和运算使电动机按指令速度运转。

保护电路:检测主电路的电压、电流等,当发生过载或过电压等异常时,为了防止逆变器和异步电动机损坏,使逆变器停止工作或起到抑制电压、电流值的作用。

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