电力电子技术在变频器中的应用分析

岳强

摘要：电力电子技术是研究利用电力电子器件实现电能变换和控制电路的技术。利用电力电子技术可以优化电能，把粗电变成负载需要的精电，使产品具有高效、节能、省材的特点。目前进行节能的重要手段之一，就是利用电力电子中的变频技术对电能进行处理。利用该技术，可使交流电机高效运行，达到节电效果。本文就对电力电子技术在变频器中的应用有关内容进行分析。

关键词：电力电子技术;变频器;应用

1电力电子技术在变频器中应用的发展历程

1.1整流器时代

电力电子技术中整流器的应用一般是在大功率用电，以交流发电机为电力来源，以直流电进行消耗，例如工业中大型设备的生产动力等。上世纪70年代兴起的硅整流器转变为直流电被广泛应用在工业用电输出。

1.2逆变器时代

电力电子技术发展遇到瓶颈，整流器的发展无法满足高耗电企业用电的实际需要，这样的背景下使得以交流电为主的逆变器时代来临。以晶闸器件、晶体管等主流发展，在高压直流输出还能有效补偿动态功率。只能在低频领域中使用的逆变器目前为止还没有被广泛使用。

1.3变频器时代

大规模集成电路技术为现在电力电子技术的快速发展铺平了道路，变频器时代的来临使得电力电子技术得到精细化的发展。现代电力电子技术从出现全控型功率器件后得到了飞速发展，这项技术使得电力电子技术得到转化的可能。功率半导体器件的逐渐退出，使得变频器后来应用逐步扩大了变频调速的范围。

2电力电子技术的优点

2.1改造传统产业发展新兴产业

随着科技不断进步，日常生活中也会有相关的电力电子设备产品的出现。电力电子技术作为一种弱电控制强电的媒体，连接了计算机与机电生产设备，为传统的工业新的发展创造了条件。

2.2提高设备工作效率，优化设备功能

作为一项不断优化的电子技术，自身的高频技术与变频技术将会通过发展不断地被应用到各个领域中，会不断的向更高频的方向发展。电力电子技术的不断发展也会提高机电设的运转效率，加强设备的运转速度，创造更多的功能。

2.3优化处理方式变革新技术

电力电子技术不断进步，尤其是将智能化与原有的信息处理与功率处理合二为一，使得先进电力电子技术与传统的电力电子技术稳定的结合在一起。传统的电力电子技术发生质的转变，会给社会生产带来前所未有快速发展。

3电力电子技术在变频器中的具体应用

随着电力电子和控制技术的发展，越来越多的电力电子技术被应用在下游变频器中。对于变频控制器及其驱动的发展很大程度上都依赖于上游电力电子器件，电力电子器件对于变频器起着决定性的作用。没有各种现代电力电子器件，就没有变频装置及其应用;没有日益扩大的电力电子应用市场需求强烈的推动和促进，也不会出现今天变频装置蓬勃发展的局面。电力电子器件是变频器的关键所在之一，也就是说电力电子器件的好坏决定着变频器的优劣，先进的电力电子器件促进变频器的应用与发展。电力电子技术是现代科学、工业和国防的重要支撑技术，变频及其驱动应用是电力电子技术发展和创新的驱动力。电力电子企业针对下游变频市场需求，自主创新研发一系列的电力电子器件及产品，并结合先进的变频控制算法提供优秀的、节能的变频解决方案，满足不同领域和行业对变频应用的市场需求。变频技术应用于各领域，优势和节能效果明显，应用解决方案日趋成熟，市场稳步增长，极大地促进了电力电子技术的发展，拉动了市场的繁荣。变频产业的兴衰与电力电子技术有着密切的关系，包括半导体切换元件、变频器拓扑、控制及模拟技术，以及控制硬件的进步等。变频器企业作为电力电子产业的下游用户，过去一年为我国电力电子产业的发展做出了无可替代的贡献，使得整个变频控制器产业链上下游产销两旺，建立了良好的产业链生态平衡。在整个产业链发展的过程中，变频器和电力电子技术一直是共生共赢、互惠互利的。换句话说，电力电子决定变频器的发展，反过来变频器又将助力电力电子技术前行。

4变频器的应用分析

4.1软启动

异步电动机在全压启动时，其启动电流可达到额定电流的4～7倍，这会对电源形成冲击，引起电网电压的波动。另外，由于启动过程过于快速，也会对机械负载形成冲击，缩短机械传动部分的使用寿命。使用变频器以后，由于其输出频率可从很低频率开始，频率上升的快慢可任意设定，电机起动电流被限制在额定电流附近，消除启动过程对电机和机械负载的冲击，这种启动特性十分优越。

4.2节能作用

变频器的节能作用可以从两方面来看待。一类是风机或泵类负载中的应用，而且流量经常根据使用要求发生变化时，还需再配上相应的传感器，与变频器一起构成闭环回路，才能达到节能的目的。另一类是当负载功率小于电动机的额定功率时，其效率随着负载转矩的減少而降低，也就是说，电动机轻载时会相对费电。而变频器会根据负载的大小自动调整V/F值，从而使效率得到提高，达到节能之目的。

4.3空调系统

空调用电一般占城市用电量的30%左右，一般工作在部分负荷下，而压缩机只有在满负荷情况下才能达到最佳效率，所以能耗很大。采用变频调速技术控制压缩机，使之能根据不同房间情况的负荷自动调节。这种制冷/制热系统非常高效、节能，比传统不变速空调节能了20%。

4.4高次谐波

当使用环境中有晶闸管整流设备或电源电压不平衡率超过3%，则应考虑在电源入口侧加装交流电抗器，以减少电源侧和变频器之间的相互干扰。例如在电厂工作环境下，同一母线下工作的设备比较复杂，建议采用输入交流电抗器以提高设备的使用寿命。

4.5振动干扰

变频器在运行的时候，产生的高次谐波引起的磁场会对许多机械部件产生电磁策动力，策动力的频率如果和某些机械部件的频率接近或相等，就会产生振动。减弱或消除振动的方法主要是在变频器和电动机之间接入交流电抗器，主要是为了减弱变频器输出电流中的高次谐波。此电抗器一定要安装在距离变频器最近的地方，以减少引线的距离。

4.6能量回馈

变频器在大惯性负载的应用中容易产生“过电压”报警。该报警产生的原因在于负载波动引起的能量回馈导致直流电压过高从而引起报警。解决该问题主要有两种方式：加装制动单元和制动电阻，这是解决该报警的根本方法。但是对于负载惯量较大、波动剧烈的工况，制动电阻频繁工作也会导致过热报警。但是往往出现“过电压”报警的根本原因在于转矩提升、驱动转矩、制动转矩及电机参数设置不合理所致，这种原因所导致的报警解决方法是自动整定电机参数并调节驱动、制动转矩参数，即可在不加装制动电阻的情况下，解决“过压”报警问题。

5结语

总之，采用电力电子技术可以改造传统的工业设备，特别是变频调速技术自诞生以来就在诸多领域得到了广泛的应用。利用变频器，改变电机的电源频率来对交流电机的转速进行调节。使系统始终处于一种节能状态下运行，可节约大量的能源，更好的适应了生产需要。

参考文献

[1]张洵浩.电力电子技术的发展和应用分析[J].科学技术创新，2017（34）.

[2]王雪丽.电路系统中电力电子技术的应用[J].南方农机，2017（22）.