变频调速系统的研究分析

    1 引言

    变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代后半期开始, 电力电子器件从SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MGT(MOS控制晶体管)、MCT(MOS控制品闸管)发展到今天的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)，器件的更新促使电力变换技术的不断发展。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣, 并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始, 美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并广泛应用。

    2 变频调速系统的效率分析

    2.1 变频器的效率与损耗

    变频器效率是指其本身变换效率。就变频器的两种形式而言。交-交变频器尽管效率较高，但调频范围受到限制，应用受到限制，目前通用的变频器主要是交-直-交型，其工作原理是先把工频交流电通过整流器变换成直流，然后用逆变器再变换成所需频率的交流电。所以变频器的损耗有三部分组成，整流损耗约占40%，逆变损耗约占50%，控制回路损耗占10%。其前两项损耗是随着变频器的容量、负荷、拓扑结构的不同而变化的，而控制回路损耗不随变频器容量、负荷而变化。变频器采用大功率自关断开关器件等现代电力电子技术，其整流损耗、逆变损耗等都比传统电子技术中整流损耗力量小，根据文献[1>提供资料，变频器在额定状态运行时，其效率为86.4%~96%，随着变频器功率增大而得以提高。

    2.2 变频调速后电动机效率的变化

    变频调速后，电动机的各种损耗和效率均有所变化，根据电机学理论，电动机的损耗可分为铁芯损耗(包括磁滞损耗和涡流损耗)、轴承摩擦损耗、风阻损耗、定子绕组铜耗、转子绕组铜耗、杂散损耗等几种。

铁芯中的磁滞损耗表达式为:

    说明磁滞损耗Pn与磁通的交变频率f成正比，与磁通密度的幅值Bm的α次方成正比，α对于一般硅钢片，当Bm=0.8～1.6W/m2时，α=2。

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