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变频软起动器与变频器的区别

  引言

  随着电力电子技术的发展,软起动技术发展迅速,各种新的软起动名词层出不穷。近年来,变频软起动的概念被提了出来。由于其与变频器的名称非常接近,而且变频器也具有软起动功能,不了解者往往认为变频软起动器就是变频器,将两个不同的产品混为一谈。在这里,就我所知对这两个产品进行一个比较,以便需要者有所区分。

  一、工作原理的不同

  1、变频软起动器的工作原理

  变频软起动器的全称是分级交-交变频软起动器,也称为离散变频软起动器。变频软起动器利用三相交流调压回路,通过控制三相晶闸管的触发顺序,使晶闸管导通一个或者多个半波周期,对电网电压进行斩波,使几个工频周波内去掉一部分工频上半波和一部分工频下半波,实现电机端电源频率变化的目的。几种频率波形示例如下图:

  图一几种频率的波形

  由于这些频率是对工频交流电分频得到的,是交流电源的一系列子频率,不可能得到连续的频率,所以称之为分级变频或者离散变频。由于分频是通过斩波的方式实现的,所以得到的波形是不连续的。

  考虑到变频后的三相相序和对称性,在这些子频率中,只有3n+1分频能够满足要求,所以变频软起动器的频率变化为f/13f/7f/4f/3f/2f(50Hz)。其中3分频和2分频是为了避免从4分频直接变为工频造成过大冲击而增加的过渡过程。

  从图一中可以看出,频率改变的时候电压也发生了改变。通过适当的控制,可以实现V/f成比例,从而提高电机的低频转矩,让电机以高起动转矩顺利起动。由于频率的不连续,所以电压的变化也是不连续的。

  电机起动完成后,短接开关闭合,短接交流调压回路,使电机直接并网运行。

  变频软起动器也能实现软停车功能,采用的方式是低速反接制动,即将频率以f/5f/8f/11的顺序变化,使电机电源的相序相反。

  2、变频器的工作原理

  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。我们现在使用的变频器主要采用交直交方式(VVVF变频或矢量控制变频),先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

  变频器的输出频率是通过直流逆变而来,其频率理论上是可以连续变化的。由于采用了先进的PWM调制技术,其波形非常接近正弦波。变频器的输出电压和频率的比值也是成比例的,所以电压的变化也是连续的。

  变频器在起动电机时,其频率是平滑变化的,每一次频率的变化很小,所以可以看成是连续的。

  变频器是为调节电机转速而设计的,可以带电机长时间运行,不需要短接开关。

  二、主回路结构的不同

  1、变频软起动器的主回路结构

  变频软起动器的主回路如下图所示:

  图二变频软起动器的主回路图

  从图二中可以看出,变频软起动器的主回路是由六只晶闸管两两反并联组成的三相交流调压回路和短接开关并联构成。电机起动时,晶闸管工作;起动完毕后,短接开关动作,短接晶闸管,晶闸管停止工作。

  2、变频器的主回路结构

  变频器的主回路拓扑结构如图三所示。

  图三变频器主回路拓扑结构图

  变频器主要由整流回路、平波回路、逆变回路以及制动回路构成,共计需用12只电力电子器件。当前大多使用六只电力二极管用于整流回路,六只IGBT用于流变回路。整流回路将工频交流电变为脉动的直流电,平波回路将脉动的直流电变为平整的直流电,逆变回路将直流电变为所需频率的交流电。

  对比两个主回路可知,变频软起动器由于结构简单,使用电力电子器件数量较少,成本低于变频器。

  三、性能的不同

  虽然变频软起动器和变频器在起动电机时都有较大的起动转矩,但工作原理的不同,表现的性能也有很多的不同。

  变频软起动器的频率是离散的,定子电压和电流是不连续的,转矩也是不连续的、脉动的,转速也出现脉动的现象,平滑性没有变频器好。因此,电机在运行时会有振动和噪声(低频),不像变频软起动那样只有调制脉冲的高频噪声。由于变频软起动器只是在起动的时候出现这种状况,时间极短,所以对电机的影响可以忽略不计。

  电力电子器件工作时会产生谐波。变频软起动器的晶闸管是短时工作的,所以产生的谐波量比变频器少。

  变频软起动器虽然也能够改变电机端电压的频率,但其短时工作制的设计,使其不能长时间变频工作,更重要的是其频率是固定的几种,不能连续调节,而且不高于25Hz,电机只能在半速以下运行,所以变频软起动器不适合用于电机的调速。变频器是为电机调速而设计的,如果只是用于电机起动,使其利用率非常低,是一种很大的成本和资源浪费。

  结束语

  通过比较可以看出,变频软起动器和变频器是两种的不同的产品,其基本原理和器件构成根本不同,因而性能和应用也不同,成本也有较大的差别,不能混淆。在实际使用时要根据不同的使用目的选用不同的产品。变频软起动器用于电机的起动,而变频器用于电机的调速,兼有起动功能。

  参考文献

  1、邵永实,郭德胜,高强等。异步电动机离散变频变频软起动技术综述。仪器仪表学报,第28卷第8期增刊,2007(8):933-935

  2、兰志杰,张昌凡,陈颖等。基于分级变频的重载软起动系统。电机与控制应用,2007

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