變頻電源的特點

提供世界各國標準電源、穩定純凈正弦波，模擬測試各種電器產品16位微控制器（模擬）控制，輸出電壓、頻率智能（模擬）控制，操作靈活方便高頻PWM設計，以IGBT做功率推動，體積小，噪音低

獨特的瞬時值控制方式，可預先設定標稱電壓-10%~-30%及+10%~+25%，控制精度高，波形品質好，可適應各種負載效率高達85%以上，適用負載廣，負載功率因數±0.5~1.0均可暫態反應快速，對100%的加載或去載，穩壓反應時間在2ms以內過載能力強，瞬間電源能承受額定電流300%具過高電流、超載、超溫等多重保護及告警電壓（V）、電流（A）、頻率（HZ）、功率（W）、功率因數（PF）全部問LED數碼管顯示，簡單易讀，高解析度輸出電壓0~150V/0~300V兩檔可調輸出頻率45HZ~65HZ、50HZ、60HZ、2F、4F、400HZ低失真干擾，輸入/輸出完全隔離，安全可靠適用范圍廣，可廣泛用于需變頻變壓場所單相500VA~500KVA，三相3KVA~1600KVA，可承接特殊規格定制。

變頻電源的種類

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。

變頻電源的應用

變頻電源的應用領域

由于世界各國電網指標不統一，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、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、高穩定的頻率和穩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、電機、電子制造業、IT產業、電腦設備、實驗室等。

★ 家電業制造商如：空調設備、咖啡機、洗衣機、榨汁機、微波爐、收錄音機、冰箱、DVD、洗塵器、電動剃須刀等產品的測試電源。

★ 電機、電子業制造商如：交換式電源供應器、變壓器、電子安定器、AC風扇、不斷電系統、充電器、繼電器、壓縮機、馬達、被動元件等產品的測試電源。

★ IT產業及電腦設備制造商如：傳真機、影印機、碎紙機、印表機、掃描器、燒錄機、伺服器、顯示器等產品的測試電源。

★ 實驗室及測試單位如：交流電源測試、產品壽命及安全測試、電磁相容測試、OQC（FQC）測試、產品測試及研發、研究單位最佳交流電源。

★ 航空/軍事單位如：機場地面設施、船舶、航天、軍事研究所等的測試電源。

采用變頻電源穩壓器調速，一是根據要求調速用，二是節能。它主要基于下面幾個因素：

1） 變頻調速系統自身損耗小，工作效率高。

2） 電機總是保持在低轉差率運行狀態，減小轉子損耗。

3） 可實現軟啟、制動功能，減小啟動電流沖擊。

在采用變頻電源調速時，需從工藝要求、節約效益、投資回收期等各方面考慮。如果僅從工藝要求、節約效益考慮，下面幾種情況選用變頻調速較有利：

F根據工藝要求，生產線或單臺設備需要按程序或按要求調整電機速度的。如：包裝機傳送系統，根據不同品種的產品，需要改變系統傳送速度，使用變頻調速可使調速控制系統結構簡單，控制準確，并易于實現程序控制。

F用變頻調速代替機械變速。如：機床，不僅可以省去復雜的齒輪變速箱，還能提高精度、滿足程序控制要求。

F用變頻調速代替用閘門或擋板調整流量適于風機、水泵、壓縮機等。例如：鍋爐上水泵、鼓風機、引風機實行了變頻調速控制，不僅省去了伺服放大器、電動操作器、電動執行器和給水閥門（或擋風板），而且使得整個鍋爐鍋爐控制系統得到了快速的動態響應、高的控制精度和穩定性。

20世紀70年代后，大規模集成電路和計算機控制技術的發展，以及現代控制理論的應用，使得交流電力拖動系統逐步具備了寬的調速范圍、高的穩速范圍、高的穩速精度、快的動態響應以及在四象限作可逆運行等良好的技術性能，在調速性能方面可以與直流電力拖動媲美。在交流調速技術中，變頻調速具有絕對優勢，并且它的調速性能與可靠性不斷完善，價格不斷降低，特別是變頻調速節電效果明顯，而且易于實現過程自動化，深受工業行業的青睞。

1. 交流變頻調速的優異特性

1） 調速時平滑性好，效率高。低速時，特性靜關率較高，相對穩定性好。

2） 調速范圍較大，精度高。

3） 起動電流低，對系統及電網無沖擊，節電效果明顯。

4） 變頻電源體積小，便于安裝、調試、維修簡便。

5） 易于實現過程自動化。

6） 必須有專用的變頻電源|穩壓器，造價較高。

7） 在恒轉矩調速時，低速段電動機的過載能力大為降低。

2. 與其它調速方法的比較

交流電動機的調速方法有三種：變極調速、改變轉差率調速和變頻調速。其中，變頻調速最具優勢。這里僅就交流變頻調速系統與直流調速系統做一比較。

交流拖動本身存在可以挖掘的節電潛力。在交流調速系統中，選用電機時往往留有一定余量，電機又不總是在最大負荷情況下運行；如果利用變頻電源調速技術，輕載時，通過對電機轉速進行控制，就能達到節電的目的。工業上大量使用風機、水泵、壓縮機等，其用電量約占工業用電量的50%；如果采用變頻電源調速技術，既可大大提高其效率，又可減少10%的電能消耗。

應用問題

在工業調速傳動領域中，與傳統的機械調速相比，用變頻電源調速有諸多優點，應用非常廣泛，但由于變頻電源逆變電路的開關特性，對其供電電源形成了一個典型的非線性負載，變頻電源在現場通常與其它設備同時運行，例如計算機和傳感器，這些設備常常安裝得很近，這樣可能會造成相互影響。因此，以變頻電源為代表的電力電子裝置是公用電網中最主要的諧波源之一，其對電力系統中電能質量有著重要的影響。供電系統諧波的定義是對周期性非正弦電量進行傅立葉級數分解，除了得到與電網基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值(n=fn/f1) 稱為諧波次數。電網中有時也存在非整數倍諧波，稱為非諧波(Non-harmonics)或分數諧波。諧波實際上是一種 干擾量，使電網受到“污染”，電能質量下降。電工技術領域主要研究諧波的發生、傳輸、測量、危害及抑制，其頻率范圍一般 為2≤n≤40。

諧波產生

向公用電網注入諧波電流或在公用電網上產生諧波電壓的電氣設備稱為諧波源。具有非線性特性的電氣設備是主要的諧波源，例如帶有功率電子器件的變流設備，交流控制器和電弧爐、感應爐、熒光燈、變壓器等。

諧波產生的根本原因是由于非線性負載所致。當電流流經負載時，與所加的電壓不呈線性關系，就形成非正弦電流，從而產生諧波。

諧波頻率是基波頻率的整倍數，根據法國數學家傅立葉(M.Fourier)分析原理證明，任何重復的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波，每個諧波都具有不同的頻率、幅度與相角。諧波可以區分為偶次與奇次諧波。在平衡的三相系統中，由于對稱關系，偶次諧波已經被消除了，只有奇次諧波存在，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。我國工業企業也越來越多的使用產生諧波的電氣設備，例如晶閘管電路供電的直流提升機、交-交變頻裝置、軋鋼機直流傳動裝置、晶閘管串級調速的風機水泵和冶煉電弧爐等。這些設備取用的電流是非正弦形的，其諧波分量使系統正弦電壓產生畸變。諧波電流的量取決于諧波源設備本身的特性及其工作狀況，而與電網參數無關，故可視為恒流源。 各種晶閘管電路產生的諧波次數與其電路形式有關，稱為該電路的特征諧波。除特征諧波外，在三相電壓不平衡，觸發脈沖不對稱或非穩定工作狀態下，上述電路還會產生非特征諧波。進行諧波分析和計算最有意義的是特征諧波，如果5，7，11，13次等。如直流側電流波紋較大，則5次諧波幅值將增大，其余各次諧波幅值將減少。 當電網接有多個諧波源時，由于各諧波源的同次諧波電流分量的相位不同，其和將小于各分量的算術和。 變壓器激磁電流中含有3，5，7等各次諧波分量。由于變壓器的原副邊繞組中總有一組為角形接法，為3次諧波提供了通路，故3次諧波電流不流入電網。但當各相激磁電流不平衡時，可使3次諧波的殘余分量(最多可達20%)進入電網。

諧波危害

對于電力系統來說，電力諧波的危害主要表現有以下幾方面：

(1)增加輸、供和用電設備的額外附加損耗，使設備的溫度過熱，降低設備的利用率和經濟效益：

(2)電力諧波對輸電線路的影響：

諧波電流使輸電線路的電能損耗增加。當注入電網的諧波頻率位于在網絡諧振點附近的諧振區內時，對輸電線路和電力電纜線路會造成絕緣擊穿。

(3)電力諧波對變壓器的影響：

諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場強度，諧波電流的存在增加了銅損。對帶有非對稱性負荷的變壓器而言，會大大增加勵磁電流的諧波分量。

(4) 電力諧波對電力電容器的影響：

含有電力諧波的電壓加在電容器兩端時，由于電容器對電力諧波阻抗很小，諧波電流疊加在電容器的基波上，使電容器電流變大，溫度升高，壽命縮短，引起電容器過負荷甚至爆炸，同時諧波還可能與電容器一起在電網中造成電力諧波諧振，使故障加劇。

(5)影響繼電保護和自動裝置的工作可靠性：

特別對于電磁式繼電器來說，電力諧波常會引起繼電保護及自動裝置誤動或拒動，使其動作失去選擇性，可靠性降低，容易造成系統事故，嚴重威脅電力系統的安全運行。

(6)對通訊系統工作產生干擾：

電力線路上流過的幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合時，會在鄰近電力線的通信線路中產生干擾電壓，干擾通信系統的工作，影響通信線路通話的清晰度，甚至在極端的情況下，還會威脅著通信設備和人員的安全。

(7)對用電設備的影響：

電力諧波會使電視機、計算機的圖形畸變，畫面亮度發生波動變化，并使機內的元件溫度出現過熱，使計算機及數據處理系統出現錯誤，嚴重甚至損害機器。

此外，電力諧波還會對測量和計量儀器的指示不準確及整流裝置等產生不良影響，它已經成為當前電力系統中影響電能質量的大公害。

諧波治理

治理諧波問題，抑制輻射干擾和供電系統干擾，可采取屏蔽、隔離、接地及濾波等技術手段。治理諧波的主要措施有：加大系統短路容量;提高供電電壓等級;增加變流裝置的脈動數;改善系統的運行方式，設置交流濾波器等都能減小系統中的諧波成分。交流濾波器又分為無源濾波器和有源濾波器兩種。有源濾波器是一種向系統注入補償諧波電流，以抵消非線性負荷所產生的諧波電流的能動式濾波裝置。它能對變化的諧波進行迅速的動態跟蹤補償，且補償特性不受系統阻抗影響。其結構相對復雜，運行損耗較大，設備造價高;在補償諧波的同時，也會注入新的諧波。無源濾波器(又稱LC濾波器)是利用LC諧振原理，人為地造成一條串聯諧振支路，為欲濾除的主要諧波提供阻抗極低的通道，使之不注入電網。LC濾波器結構簡單，吸收諧波效果明顯;但僅對固有頻率的諧波有較好的補償效果;且補償特性受電網阻抗的影響很大，在特定頻率下，電網阻抗和LC濾波器之間可能會發生并聯諧振或者串聯諧振。

無功功率補償, 諧波治理技術是當前乃至今后相當長的時期內, 緩解電力供需矛盾, 改善供電質量的一種行之有效的手段之一, 經廣泛推廣應用后, 能為國家和用戶帶來巨大的經濟效益和良好的社會效益。將變頻電源產生的諧波控制在最小范圍內，達到科學合理用電，抑制電網污染，提高電源質量。

變頻電源的發展歷程

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Ac power Frequency Converter，一般用縮寫AFC來稱呼。變頻電源的整個發展史基本是隨著電子器件的發展而發展的。

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，主要向兩條路發展，一方面是保持晶體式的方式不變，采用多機并聯的方式進行擴容；另一種方式是采用功率晶體模組。

晶體式多級串聯的方式，需要解決環流問題，而且效率低，在工業生產過程中，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電機的方式（M+G）來滿足。

電機后拖動發電機的方式（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的發展速度日新月異，更新換代的速度加快，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。

變頻電源與變頻器的區別

變頻電源是由整個電路構成交流一直流一交流一濾波的變頻裝置，得到了廣泛應用。變頻電源不僅能 模擬輸出不同國家的電網指標，而且也為出口電器廠商在設計開發、生產、檢測等應用中提供純凈可靠的、低諧波失真的、高穩定的電壓和頻率的正弦波電源輸出。變頻電源是非常接近于理想的交流電源，可以輸出任何國家的電網電壓和頻率。變頻器是由交流一直流一交流（調制波）等電路構成的，變頻器的標準名稱應為變頻調速器。其輸出電壓的波形為脈沖方波，且諧波成分多，電壓和頻率同時按比例變化，不可分別調整，不符合交流電源的要求。

售后

變頻電源：廠家自己研發生產，對電源非常熟悉，一旦出現問題，會在電源現場以最短的時間解決問題。

變頻器：因變頻器多是從其他專門生產變頻器的廠家購買，一旦出現問題，電源廠家會把變頻器拆下寄回變頻器廠家（部分在國外），維修周期長，而且變頻器廠家不會負責變頻器與變壓器和LC低通濾波電路的匹配。即使現場維修也很難保證徹底解決問題

可靠性

變頻電源：電源整體統籌設計，經過多年的技術積累，保證電源穩定可靠運行。

變頻器：通過變頻器組裝的岸電電源生產較為簡單，因其主要部分“變頻器”為購買，所以很難保證變頻器與其他元件的參數相匹配

安全性

變頻電源：啟動過程中頻率恒定。岸電電源可以提供純凈可靠、低諧波失真、高穩定的電壓和頻率的正弦波電力輸出，非常接近于理想的交流電源。

變頻器：變頻器的設計專門針對電動機變頻啟動，啟動時電壓、頻率同步上升，用其改裝的電源，可能會對用電設備造成影響，尤其是變頻器、可控整流、通信設備等。

三相不平衡

變頻電源：逆變部分采用星型方式，每相可獨立帶載，適應三相完全不平衡負載。不平衡度可達3%以內。

變頻器：變頻器采用△逆變，雖然輸出通過變壓器轉變成Y型輸出，但對三相不平衡負載適應性較差，可能會使電動機中逆扭矩增加，使電動機溫度上升，效率下降，能耗增加，發生震動，輸出虧耗

變頻電源的定期保養

清掃空氣過濾器冷卻風道及內部灰塵。檢查螺絲釘、螺栓以及即插件等是否松動，輸入輸出電抗器的對地及相間電阻是否有短路現象，正常應大于幾十兆歐。導體及絕緣體要及時用酒精擦試干凈。如條件允許的情況下，要用示波器測量開關電源輸出各路電壓的平穩性，如：5V、12V、15V、24V等電壓。測量驅動電路各路波形的方波是否有畸變。UVW相間波形是否為正弦波。

接觸器的觸點是否有打火痕跡，嚴重的要跟換同型號或大于原容量的新品;確認控制電壓的正確性，進行順序保護動作試驗;確認保護顯示回路無異常;確認變頻電源在單獨運行時輸出電壓的平衡度。

建議定期檢查，應一年進行一次。

變頻電源備件的更換

變頻電源由多種部件組成，其中一些部件經長期工作后其性能會逐漸降低、老化，這也是變頻器發生故障的主要原因，為了保證設備長期的正常運轉，下列器件應定期更換：

1.濾波電容

中間電路濾波電容：又稱電解電容，其主要作用就是平滑直流電壓，吸收直流中的低頻諧波，它的連續工作產生的熱量加上變頻電源本身產生的熱量都會加快其電解液的干涸，直接影響其容量的大小。正常情況下電容的使用壽命為5年。建議每年定期檢查電容容量一次，一般其容量減少20%以上應更換。

2.冷卻風扇

變頻電源的功率模塊是發熱最嚴重的器件，其連續工作所產生的熱量必須要及時排出，一般風扇的壽命大約為10Kh—40Kh。按變頻電源連續運行折算為2—3年就要更換一次風扇，直接冷卻風扇有二線和三線之分，二線風扇其中一線為正極，另一線為負極，更換時不要接錯;三線風扇除了正、負極外還有一根檢測線，更換時千萬注意，否則會引起變頻電源過熱報警。交流風扇一般為220V、380V之分，更換時電壓等級不要搞錯。

變頻電源的國家標準

GB/T 4793.1 測量、控制和試驗室用電氣設備的安全要求 第1部分：通用要求

GB/T 6833.9-87 電子測量儀器電磁兼容性試驗規范 傳導干擾試驗

GB/T 6587.2-86 電子測量儀器溫度試驗

GB/T 6587.3-86 電子測量儀器濕度試驗

GB/T 6587.4-86 電子測量儀器振動試驗

GB/T 6587.5-86 電子測量儀器沖擊試驗

GB/T 6587.6-86 電子測量儀器運輸試驗

GB/T 6587.7-86 電子測量儀器基本安全試驗

GB/T 6587.8-86 電子測量儀器電源頻率與電壓試驗

GB/T 6592-1996 電工和電子測量設備性能表示

GB/T 6593-1996 電子測量儀器質量檢驗規則

GB/T 11463-89 電子測量儀器可靠性試驗

GB/T 13384-92 機電產品包裝通用技術條件

GB/T 16511-1996 電氣和電子測量設備隨機文件

GB/T 17626.5-1999 電磁兼容 試驗和測量技術 浪涌(沖擊)抗擾度試驗

GB/T 17626.11-1999 電磁兼容 試驗和測量技術 電壓暫降、短時中斷和電壓變化抗擾度試驗

變頻電源的使用注意事項

1、高壓試驗請注意安全，嚴格按照高壓試驗的規范來操作。檢查/修改試驗接線時，請先關閉本系統，并切斷電源。

2、本系統支持的最高電壓為800Kv，實際能夠升到的高壓由激勵變壓器決定，請根據試驗電壓調換合適的激勵變壓器。

3、如果開機后發現變壓器發出非正常聲音，請立即關閉本系統并切斷電源，檢查變壓器接線是否正確。

4、正常“停機”采用逐步降壓停機的方式，保護停機直接快速停機，遇到緊急情況可以直接斷開空開直接關機。

5、如果自動掃頻失敗，請檢查接線或重設掃頻范圍。

6、本系統試驗電壓為峰值采樣（國標要求），如果系統顯示的高壓跟萬用表顯示的高壓差別大，請檢查“試驗參數”中的“分壓變比”是否正確填寫。