變頻電源

　　理想的交流電源的特點是頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、內阻等于零、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，先進發(fā)達國家越來越多地將變頻電源用作標準供電電源，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性能。變頻電源主要有二大種類：線性放大型和SPWM開關型。

　　發(fā)展歷程

　　變頻電源是在國內一般的稱呼，更準確的說，應該叫交流電力頻率轉換器，即AcpowerFrequencyConverter，一般用縮寫AFC來稱呼。變頻電源的整個發(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年代后通過臺灣傳入中國大陸。該時期的電源特點為：功率小，精度好，效率低。

　　80年代，中國大陸走上了改革開放的道路，在此階段，中國大陸的進出口設備逐漸加大，尤其以微波爐及空調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行測試。對于該部分市場應用的需求，原有的產品功率已不能滿足，所以，電源廠家尋求新的技術來擴大電源的功率。根據當時的技術條件及電子器件，主要向兩條路發(fā)展，一方面是保持晶體式的方式不變，采用多機并聯(lián)的方式進行擴容；另一種方式是采用功率晶體模組。

　　晶體式多級串聯(lián)的方式，需要解決環(huán)流問題，而且效率低，在工業(yè)生產過程中，消耗太大；功率晶體模組變頻方式反應慢，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品功率依舊不能滿足日益增長的需求，所以大功率的負載需要變頻測試時，多采用電機后拖動發(fā)電機的方式（M+G）來滿足。

　　電機后拖動發(fā)電機的方式（M+G）在使用過程中，存在磨損，以及效率轉換問題。后來參考美國技術，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后拖動發(fā)電機的方式（M+G），但是該系列的產品有一個較大的缺點，機器在轉換的過程中，噪音非常大，達到70dB<1m

　　隨著半導體技術的發(fā)展，在80年代末，富士生產出了第一代的IGBT，該電子器件的特性集成了GTR及MOSFET的優(yōu)點，開關速度快，通流能力強，故很快就被應用到逆變領域。隨著實力強大的三菱、西門康、英飛凌等廠家在IGBT領域的加入，使得IGBT的發(fā)展速度日新月異，更新?lián)Q代的速度加快，IGBT的開關速度及通流能力得到進一步的加強，這樣，就使得大功率的變頻電源的制作得以實現(xiàn)。

　　應用領域

　　由于世界各國電網指標不統(tǒng)一，出口電器廠商需要電源模擬不同國家的電網狀況，為工程師在設計開發(fā)、生產線測試及品保的產品檢測、壽命、過高壓/低壓模擬測試等應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；進口原裝電器、設備的用戶也需要對我國電網進行變壓、變頻以保證進口電器、設備的正常運轉；滿足航空電子及軍事設備高頻的需求。

　　主要用于制造或出口貿易商對出口電器產品的用電檢測、調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、電子制造業(yè)、IT產業(yè)、電腦設備、實驗室等。

　　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、脈沖寬度調制型等。其主回路的拓撲、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，是一種新型半導體功率器件，在gto的基礎發(fā)展起來的）等；主回路的拓撲結構可選擇兩電平、三電平、負載換相式scr電流型變頻器等，控制策略可選擇v/f控制、矢量控制、直接轉矩控制、脈沖寬度調制（pwm）或脈沖幅度調制（pam）等；電壓也有高壓（3～6kv，主要是大容量的同步或異步電動機）、中壓或抵壓（如一般的小功率380v和軋鋼輔傳動的電動機）等。此外，變頻調速還有變極調速，無級調速還有矢量控制方式、變壓變頻（vvvf）控制方式等，價格極為不同，如何選擇是一大問題。表3示出了我國寶鋼從日本引進的于1989年投產的1900mm板坯連鑄全交流方式。從表中可以看出，變頻調速采用變極、vvvf和矢量變換控制三種方式，在調速要求不需無級的只須有限變速的采用變極控制方式，要求速度控制不嚴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)約投資和簡化維護，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則，如燒結的全交流化，其配料的變頻電源采用vvvf方式，臺車采用矢量變換控制方式。