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从现状洞悉趋势,这几点将是变频器未来的发展方向

作者: 时间:2020-12-31 07:59   
 变频器运动操控体系中的功率改换器。现在的运动操控体系已包含多种学科的技能范畴,总的开展趋势是驱动的沟通化、功率改换器的高频化、操控的数字化、智能化和网络化。
跟着新式电力电子器材和高功用微处理器的运用以及操控技能的开展,变频器的功用价格比越来越高,体积越来越小,而且厂家仍在不断地进步可靠性,为完成变频器的进一步小型轻量化、高功用化和多功用化以及无公害化而做着新的尽力。区分变频器功用的好坏,一要看其输出沟通电压的谐波对电机的影响;二要看对电网的谐波污染和输入功率因数;最终还要看自身的能量损耗。
2018年,因为下流职业设备出资志愿不强,订单增速放缓,我国变频器商场出货量下滑,国内变频器企业急需缩小技能距离,加强质量操控,占领高端商场。国内变频器商场添加率一向坚持在12%~15%,商场潜在空间大约为1200亿~1800亿元。中低压变频器商场规划添加达10%~15%,估计商场规划挨近200亿元;高压变频器商场需求增速在40%以上,跟着需求继续攀升,商场规划有望到达121亿元。在未来的两年,冶金职业变频器的商场需求首要会集在项目改造过程中的节能减排设备上的运用,而在这方面,国家给予了活跃的方针支撑,企业单位也在大力推广中,因而,冶金职业变频器商场需求将进一步扩展,未来将坚持20%左右的添加。
1.开展现状
变频器是运用电力半导体器材的通断效果将工频电源改换为另一频率的电能操控设备。咱们现在运用的变频器首要选用交—直—交办法(VVVF变频或矢量操控变频),先把工频沟通电源通过整流器转化成直流电源,然后再把直流电源转化成频率、电压均可操控的沟通电源以供应电动机。变频器的电路一般由整流、中心直流环节、逆变和操控4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器,逆变部分为IGBT三相桥式逆变器,且输出为PWM波形,中心直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。
沟通电机变频调速已成为今世电动机调速的潮流,它以体积小、重量轻、转矩大、精度高、功用强、可靠性高、操作简洁、便于通讯等功用优于以往的任何调速办法,因而在钢铁、有色、石油石化、化纤、纺织、机械、电力、电子、建材、煤炭、医药、造纸、注塑、卷烟、吊车、城市供水、中央空调及污水处理职业得到遍及运用。文章介绍了日、美、欧发达国家变频调速技能进入我国商场和国产企业兴起的概略,并指出变频器在技能上向高功用、模块化、专用化、多功用开展。用量不断添加,价格不断下降,职业组合吞并的成果,有向国外拓宽的或许。
沟通电动机变频调速已成为今世电机调速的潮流,它以体积小、重量轻、转矩大、精度高、功用强、可靠性高、操作简洁、便于通讯等功用优于以往的任何调速办法,如变极调速、调压调速、滑差调速、串级调速、整流子电动机调速、液力巧合调速,乃至直流调速。因而在钢铁、有色、石油、石化、化纤、纺织、机械、电力、电子、建材、煤炭、医药、造纸、注塑、卷烟、吊车、城市供水、中央空调及污水处理职业得到遍及运用。
运动操控体系的开展变频器是运动操控体系中的功率改换器,运动操控体系是作为机电能量改换器的电气传动技能的开展。当今的运动操控体系是包含多种学科的技能范畴,总的开展趋势是:驱动的沟通化,功率改换器的高频化,操控的数字化、智能化和网络化。因而,变频器作为体系的重要功率改换部件,供给可控的高功用变压变频的沟通电源而得到迅猛开展。
2.开展趋势
变频器技能的开展趋势阅历大约三十年的研发与运用实践,跟着新式电力电子器材和高功用微处理器的运用以及操控技能的开展,变频器的功用价格比越来越高,体积越来越小,而厂家仍然在不断地进步可靠性完成变频器的进一步小型轻量化、高功用化和多功用化以及无公害化而做着新的尽力。变频器功用的好坏,一要看其输出沟通电压的谐波对电机的影响,二要看对电网的谐波污染和输入功率因数,三要看自身的能量损耗(即功率),这此以交—直—交变频器为例,从技能上看在以下几个方面会进一步得到开展:
1.主电路功率开关元件的自关断化、模块化、集成化、智能化,开关频率不断进步,开关损耗进一步下降。
2.变频器主电路的拓扑结构方面:变频器的网侧变流器对低压小容量的常选用6脉冲变流器,而对中压大容量的选用多重化12脉冲以上的变流器。负载侧变流器对低压小容量的常选用两电平的桥式逆变器,而对中压大容量的选用多电平逆变器。
3.脉宽调制变压变频器的操控办法:正弦波脉宽调制(SPWM)操控。消除指定次数谐波的PWM操控。电流盯梢操控。电压空间矢量操控(磁链盯梢操控)。
4.沟通电动机变频调整操控办法的开展:由标量操控(V/f操控和转差频率操控)向高动态功用的矢量操控和直接转矩操控开展。开发无速度传感器的矢量操控和直接转矩操控体系。
进入21世纪,电力电子的基片已从Si(硅)改换为SiC(碳化硅),使电力电子新器材进入到高电压大容量化、高频化、组件模块化、微小型化、智能化和低本钱化的年代,多种适合变频调速的新式电气设备正在开发研发之中。IT技能的迅猛开展,以及操控理论的不断创新,这些与变频器相关的技能将影响其开展的趋势。
沟通变频调速技能是强弱电混合、机电一体的归纳性技能,既要处理巨大电能的转化(整流、逆变),又要处理信息的搜集、改换和传输,因而它的共性技能必定分红功率和操控两大部分。前者要处理与高压大电流有关的技能问题和新式电力电子器材的运用技能问题,后者要处理(依据现代操控理论的操控战略和智能操控战略)的硬、软件开发问题(在现在情况下首要全数字操控技能)。其首要开展方向有如下几项:
智能化
智能化的变频器装置到体系后,不用进行那么多的功用设定,就能够便利地操作运用,有显着的作业状况显现,而且能够完成毛病确诊与毛病扫除,乃至能够进行部件主动转化。运用互联网能够遥控监督,完成多台变频器按工艺程序联动,构成最优化的变频器归纳办理操控体系。
依据电动机和机械模型的操控战略,有矢量操控、磁场操控、直接传矩操控和机械扭振补偿等;依据现代理论的操控战略,有滑模变结构技能、模型参阅自适应技能、选用微分几许理论的非线性解耦、鲁棒调查器,在某种目标含义下的最优操控技能和逆奈奎斯特阵列规划办法等;依据智能操控思维的操控战略,有含糊操控、神经元网络、专家体系和各式各样的自优化、自确诊技能等。
环保化
保护环境,制作“绿色”产品是人类的新理念。往后的变频器将更注重于节能和低公害,即尽量削减运用过程中的噪声和谐波对电网及其他电气设备的污染搅扰。
清洁电能变流器是指变流器的功率因数为1,网侧和负载侧有尽或许低的谐波重量,以削减对电网的公害和电动机的转矩脉动。对中小容量变流器,进步开关频率的PWM操控是有用的。对大容量变流器,在惯例的开关频率下,可改动电路结构和操控办法,完成清洁电能的改换。
专门化
依据某一类负载的特性,有针对性地制作专门化的变频器,这不光有利于经济有用地操控负载的电动机,而且能够下降制作本钱。例如:风机、水泵用变频器,起重机械专用变频器,电梯操控专用变频器,张力操控专用变频器和空调专用变频器等。
紧凑型变流器要求功率和操控元件具有高的集成度,其间包含智能化的功率模块、紧凑型的光耦合器、高频率的开关电源,以及选用新式电工材料制作的小体积变压器、电抗器和电容器。功率器材冷却办法的改动(如水冷、蒸腾冷却和热管)对缩小设备的尺度也很有用。
一体化
变频器将相关的功用部件,如参数辨识体系、PID调节器、PLC操控器和通讯单元等有挑选地集成到内部组成一体化机,不只使功用增强,体系可靠性添加,而且可有用缩小体系体积,削减外部电路的衔接。据报道,现在现已研发出变频器和电动机的一体化组合机,使整个体系体积更小,操控更便利。
以32位高速微处理器为根底的数字操控模板有满足的才干完成各种操控算法,Windows操作体系的引进使得可自在规划,图形编程的操控技能也有很大的开展。电机模拟器、负载模拟器以及各种CAD软件的引进对变频器的规划和测验供给了强有力的支撑。
总归,变频器技能的开展趋势是朝着智能、操作简洁、功用健全、安全可靠、环保低噪、低本钱和小型化的方向开展。
3.变频器开展方向
跟着变频高速技能的开展与归纳运用,使变频器职业在水泥、电梯、印刷、电力等现代化以及医学、通讯、交通、运送、电力、电子、环保等范畴得到空前的开展和运用,简直国民经济各行各业都与变频器密不可分。从全体看,现在我国变频器职业的竞赛日趋激烈。因为商场极具吸引力,不光商场已构成必定规划,而且潜在容量也非常可观,不断吸引着职业新参与者。跟着国内厂家的技能进步和质量稳定性的提高,加上服务和价格方面的优势,估计未来几年高端产品被国外厂家独占的商场局势将有所改观。
我国变频器设备出产企业现有300多家,可是实力与规划良莠不齐,近年来,本乡变频器品牌通过多年蓄力,逐步扩展商场占有率,进口产品的商场比例现已被国内变频器企业逾越。但是,我国变频器配套工业实力相对较弱,缺少技能优势,高端商场占有率仍然与外资品牌存在距离。国内变频器企业在稳固中低压商场位置的一起,更加快推动高端化的产品结构转型,到2018年末,尽管外资占有低压变频器高端商场80%以上比例,但内资正处于从供给单一变频器产品向供给归纳处理方案改变的阶段,未来商场占有率和盈余才干有望大幅提高。
我国变频器商场具有宽广的开展空间,现在则到达100亿元左右。跟着商场的扩展和用户端需求的多样化,国内变频器产品的功用在不断完善和添加,集成度和体系化越来越高,而且现已呈现某些专用变频器产品。据了解,近年来,我国变频器的商场坚持着12-15%的添加率,估计至少在未来5年内将会坚持10%以上的添加率。现在,我国商场上变频器装置容量(功率)的添加率实际上在20%左右,估计至少在10年今后,变频器商场才干饱满并逐步老练。