變頻軟起動器與變頻器的區別

2013年07月15日 17:54

　　引言
　　
　　隨著電力電子技術的發展，軟起動技術發展迅速，各種新的軟起動名詞層出不窮。近年來，變頻軟起動的概念被提了出來。由于其與變頻器的名稱非常接近，而且變頻器也具有軟起動功能，不了解者往往認為變頻軟起動器就是變頻器，將兩個不同的產品混為一談。在這里，就我所知對這兩個產品進行一個比較，以便需要者有所區分。
　　
　　一、工作原理的不同
　　
　　1、變頻軟起動器的工作原理
　　
　　變頻軟起動器的全稱是分級交-交變頻軟起動器，也稱為離散變頻軟起動器。變頻軟起動器利用三相交流調壓回路，通過控制三相晶閘管的觸發順序，使晶閘管導通一個或者多個半波周期，對電網電壓進行斬波，使幾個工頻周波內去掉一部分工頻上半波和一部分工頻下半波，實現電機端電源頻率變化的目的。幾種頻率波形示例如下圖：

　　圖一幾種頻率的波形
　　

　　由于這些頻率是對工頻交流電分頻得到的，是交流電源的一系列子頻率，不可能得到連續的頻率，所以稱之為分級變頻或者離散變頻。由于分頻是通過斬波的方式實現的，所以得到的波形是不連續的。
　　
　　考慮到變頻后的三相相序和對稱性，在這些子頻率中，只有3n+1分頻能夠滿足要求，所以變頻軟起動器的頻率變化為f/13→f/7→f/4→f/3→f/2→f（50Hz）。其中3分頻和2分頻是為了避免從4分頻直接變為工頻造成過大沖擊而增加的過渡過程。
　　
　　從圖一中可以看出，頻率改變的時候電壓也發生了改變。通過適當的控制，可以實現V/f成比例，從而提高電機的低頻轉矩，讓電機以高起動轉矩順利起動。由于頻率的不連續，所以電壓的變化也是不連續的。
　　
　　電機起動完成后，短接開關閉合，短接交流調壓回路，使電機直接并網運行。
　　
　　變頻軟起動器也能實現軟停車功能，采用的方式是低速反接制動，即將頻率以f/5→f/8→f/11的順序變化，使電機電源的相序相反。
　　
　　2、變頻器的工作原理
　　
　　變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現在使用的變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。
　　
　　變頻器的輸出頻率是通過直流逆變而來，其頻率理論上是可以連續變化的。由于采用了*的PWM調制技術，其波形非常接近正弦波。變頻器的輸出電壓和頻率的比值也是成比例的，所以電壓的變化也是連續的。
　　
　　變頻器在起動電機時，其頻率是平滑變化的，每一次頻率的變化很小，所以可以看成是連續的。
　　
　　變頻器是為調節電機轉速而設計的，可以帶電機長時間運行，不需要短接開關。
　　
　　二、主回路結構的不同
　　
　　1、變頻軟起動器的主回路結構
　　
　　變頻軟起動器的主回路如下圖所示：

　　圖二變頻軟起動器的主回路圖
　　

　　從圖二中可以看出，變頻軟起動器的主回路是由六只晶閘管兩兩反并聯組成的三相交流調壓回路和短接開關并聯構成。電機起動時，晶閘管工作；起動完畢后，短接開關動作，短接晶閘管，晶閘管停止工作。
　　
　　2、變頻器的主回路結構
　　
　　變頻器的主回路拓撲結構如圖三所示。

　　圖三變頻器主回路拓撲結構圖

　　
　　變頻器主要由整流回路、平波回路、逆變回路以及制動回路構成，共計需用12只電力電子器件。當前大多使用六只電力二極管用于整流回路，六只IGBT用于流變回路。整流回路將工頻交流電變為脈動的直流電，平波回路將脈動的直流電變為平整的直流電，逆變回路將直流電變為所需頻率的交流電。
　　
　　對比兩個主回路可知，變頻軟起動器由于結構簡單，使用電力電子器件數量較少，成本低于變頻器。
　　
　　三、性能的不同
　　
　　雖然變頻軟起動器和變頻器在起動電機時都有較大的起動轉矩，但工作原理的不同，表現的性能也有很多的不同。
　　
　　變頻軟起動器的頻率是離散的，定子電壓和電流是不連續的，轉矩也是不連續的、脈動的，轉速也出現脈動的現象，平滑性沒有變頻器好。因此，電機在運行時會有振動和噪聲（低頻），不像變頻軟起動那樣只有調制脈沖的高頻噪聲。由于變頻軟起動器只是在起動的時候出現這種狀況，時間極短，所以對電機的影響可以忽略不計。
　　
　　電力電子器件工作時會產生諧波。變頻軟起動器的晶閘管是短時工作的，所以產生的諧波量比變頻器少。
　　
　　變頻軟起動器雖然也能夠改變電機端電壓的頻率，但其短時工作制的設計，使其不能長時間變頻工作，更重要的是其頻率是固定的幾種，不能連續調節，而且不高于25Hz，電機只能在半速以下運行，所以變頻軟起動器不適合用于電機的調速。變頻器是為電機調速而設計的，如果只是用于電機起動，使其利用率非常低，是一種很大的成本和資源浪費。
　　
　　結束語
　　
　　通過比較可以看出，變頻軟起動器和變頻器是兩種的不同的產品，其基本原理和器件構成根本不同，因而性能和應用也不同，成本也有較大的差別，不能混淆。在實際使用時要根據不同的使用目的選用不同的產品。變頻軟起動器用于電機的起動，而變頻器用于電機的調速，兼有起動功能。
　　
　　參考文獻
　　
　　1、邵永實，郭德勝，高強等。異步電動機離散變頻變頻軟起動技術綜述。儀器儀表學報，第28卷第8期增刊，2007（8）：933-935
　　
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