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(注:此图为埃斯顿伺服全系列产品图) 高可靠性(稳定性)
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。通常情况下采用变频器运转,随着电机的加速相应提高频率和电压,起动电流被限制在150%额定电流以下(根据机种不同,为125%~200%)。用工频电源直接起动时,起动电流为6~7倍,因此,将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可以平滑地起动(起动时间变长)。起动电流为额定电流的1.2~1.5倍,起动转矩为70%~120%额定转矩;对于带有转矩自动增强功能的变频器,起动转矩为100%以上,可以带全负载起动。
通用变频器的主电路一般都是电压型交-直-交如图1所示。逆变元件现在一般都用IGBT、IPM,GTR已是淘汰产品。成都佳灵电气制造公司的JP6C-T9型容量从0.75~75kW逆变元件为IPM,75~280kW逆变元件为IGBT。这两种元件是世界上生产变频器最先进的元件,与传统的双极性GTR相比,其特点是IGBT具有MOSFET高输入阻抗、高速特性同时也具有GTR大电流密度的特点;IGBT为电压驱动,而GTR为电流驱动。IGBT驱动电流在100nA量级可控制几十安培电流输出,直流电源增益达108~109,几乎不消耗功率,驱动电路简单、效率高,因此功耗很小,变频器散热片面积比GTR小1/3,变频器外形尺寸小;IGBT的开关速度比GTR快,开关时间为10~100ns量级,GTR则以µs计,以至达到几十微妙,因此IGBT有较高的工作频率,用IGBT生产出来的变频器人们听到的噪声几乎没有,与GTR相比降低了20dB,可与电动机直接用工频电源驱动噪声相比,如图2所示。由于工作频率高,输出电流波形为一条圆滑的正弦波形;IGBT有正的电阻高温系数,具有良好的热稳定性,对过电流有自限流作用,多只同样管子的并联有自均流作用,这些都是GTR难以办到的;安全工作区大,具有高度线性化的跨导。为此在变频器逆变元件用IGBT逐步代替GTR是必然的趋势,JP6C-T9型用这样的逆变元件制造大容量的变频器可以说是世界上第一流的。IPM是智能化的IGBT,把IGBT功率元件的电路与驱动电路和保护电路集成在一个芯片上的模块,过去成千个元件组成的各种电路而现在是一个芯片,可靠性就大为增加,其失效率把几千个元件失效率变为1个,把可靠性提高到原分立元件的几千倍,同时减少了大量焊点,系统的可靠性就更高了。
智能化与网络化
在网络化日益普及的今天,与普通的点对点硬线连接方式而言,通过高速通讯网络连接的变频器系统可以最大程度上降低系统维护时间、提高生产效率、减少运行成本。另外,通过现场总线模块,不同型号的变频器以同一种编程语言和通讯协议来与不同功率段、不同型号的变频器进行组态,如功率、速度、转矩、电流、设定值等。
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