【導讀】通過對變頻器和變頻電源原理的研究和分析，掌握變頻器和變頻電源的輸出電源特性，了解實驗室使用變頻器所帶來的諸多問題，為實驗室選擇合理的變頻電源裝置提供依據(jù)，特別是對電氣知識掌握較少的機械類工程技術人員來說，合理選擇實驗室電源裝置，才能對產(chǎn)品性能檢測、型式試驗提供保證，才能使產(chǎn)品在世界各地暢通無阻。
由于世界各國電網(wǎng)指標不統(tǒng)一，出口電器廠商需要電源模擬不同國家的電網(wǎng)狀況，為工程師在設計開發(fā)、生產(chǎn)線測試及品保的產(chǎn)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(wěn)定的頻率和穩(wěn)壓率的正弦波電力輸出。然而，在實驗室采用變頻器調(diào)節(jié)時，給測試帶來了極大的困難，振動增大、電磁噪音增大、溫升提高、測試儀表無法正常工作等問題凸顯，因此，能提供純凈正弦波輸出的變頻電源就成為實驗室不可缺少的設備。
變頻器的應用
當今變頻器產(chǎn)業(yè)得到飛速發(fā)展，變頻器產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模日趨壯大。交流變頻器自20世紀60年代問世后，80年代就在工業(yè)化國家廣泛使用，進入90年代，隨著人們節(jié)能環(huán)保意識的加強，變頻器的應用越來越普及。
變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風機、水泵的應用上。為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機械在設計配用動力驅(qū)動時，都留有一定的富余量。當電機不能在滿負荷下運行時，除達到動力驅(qū)動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費。
同時，風機、泵在使用變頻調(diào)速后，可以控制電機的啟動電流，降低電力線路電壓波動，啟動時需要的功率更低，具有可控的加速功能、運行速度和轉(zhuǎn)矩極限，具備減速停車、自由停車、減速停車+直流制動等受控的停止方式，能大幅降低能耗，節(jié)約了齒輪箱等機械傳動部件。
變頻器在實驗室應用時帶來的問題
隨著出口產(chǎn)品的增長，世界各地電壓等級、頻率各異，其它國家和地區(qū)的工頻以60hz居多，電壓又有400v、415v的區(qū)別，由于對變頻器技術的相關知識掌握得較少，對變頻器電氣特性的測定方法掌握得不夠全面，開始我們采用變頻器提供所需的60hz電源，在測試過程中發(fā)現(xiàn)了諸多問題：
（1）風機轉(zhuǎn)速和電壓變化。輸出60hz電源時，電機轉(zhuǎn)速并不是50hz時的1.2倍，將輸入側(cè)的電壓調(diào)整為380v時，輸出側(cè)的電壓和輸入測的電壓不同，差異較大。這是因為變頻器是采用逆變技術的，通用的變頻器都是變頻變壓（vvvf），頻率發(fā)生變化，電壓也會成正比發(fā)生變化，如圖1所示。
圖1：變頻器輸出電壓和輸出頻率的變換
（2）電機運行電磁噪音增加。變頻器輸出的是矩形波電壓，存在高頻分量，因此電機會產(chǎn)生刺耳的高頻噪音，該噪音明顯大于風機的噪音，給噪音測量帶來了難題。
（3）電機溫升升高。變頻器輸出電壓波形不是正弦波，而是畸形波，在額定扭矩下的電機電流比工頻時要多出約10%左右，所以溫升比工頻時略有提高（低次電流諧波使銅損增大，高次諧波使鐵損增大），給電機溫升試驗帶來不便，使得溫升試驗結(jié)果偏差較大。
（4）普通電磁、數(shù)字測試儀表失靈。變頻器的輸入電流和輸出電流中都有頻率較高的高次諧波成分，高次諧波電流所產(chǎn)生的電磁場具有輻射能力，使其他設備（尤其是通信設備）因接收到電磁波信號而受到干擾，使得電磁式儀表、數(shù)字式儀表都不能用來直接測量交流電壓和電流，必須采用整流式儀表才能進行較為準確的測量。
針對出現(xiàn)的問題，我們和變頻器廠家的工程師進行了多次討論和分析，對變頻器的參數(shù)進行了合理地調(diào)整，通過調(diào)整載波頻率來減小電磁噪音、降低電機溫升，然而，電磁噪音和電機溫升在載波頻率面前是一對矛盾體，無法達到全部減小甚至消失的效果。
變頻器和變頻電源的區(qū)別
為了解決使用變頻器時的噪聲、溫升、測試等問題，就必須仔細分析變頻器的工作原理，盡量將影響降到最低。在學習、分析的過程中，我們發(fā)現(xiàn)了更為理想的實驗室電源設備-變頻電源。下面對比變頻器和變頻電源的原理及區(qū)別，以方便工程技術人員進行合理的選擇，在選擇變頻設備時少走彎路。
變頻器是可以改變頻率和電壓的電源。變頻器是由交流-直流-交流（調(diào)制波）等電路構(gòu)成的，將電網(wǎng)三相交流電經(jīng)過三相橋式整流成脈動直流，再通過電解電容和電感濾波成平滑直流，最后通過逆變器，逆變成電壓和頻率可調(diào)的三相交流電。變頻器標準叫法為變頻調(diào)速器。
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變頻器的輸入電路是三相交流電源經(jīng)全波整流后向濾波電容器充電的電路，輸入電流總是出現(xiàn)在電壓的振幅值附近，呈不連續(xù)的沖擊波形式，如圖2所示，變頻器的輸出電路是把直流變成頻率連續(xù)可調(diào)的三相調(diào)制交流電壓的逆變橋電路，其輸出電壓波形是正弦調(diào)制spwm波，如圖3所示。
圖2：輸入電流波形
圖3：輸出電壓波形
高次諧波電流在線路上所造成諧波壓降，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，這個畸變影響到其它負載，導致用電設備效率降低，噪音增大，甚至在一些設備里發(fā)生共振，導致設備過熱，還會給儀表裝置和電訊設備帶來嚴重的電磁干擾，給測試裝置的精度及數(shù)據(jù)的可靠性帶來了嚴重的后果。因此，我們需要尋找替代變頻器的更為精密的電源裝置，變頻電源就是十分合適的選擇。
變頻電源是將工業(yè)電網(wǎng)中的交流電經(jīng)過ac-dc-ac變換，輸出為純凈的正弦波，輸出頻率和電壓一定范圍內(nèi)可調(diào)。它有別于用于電機調(diào)速用的變頻器，也有別于普通交流穩(wěn)壓電源。理想的交流電源的特點是頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、內(nèi)阻等于零、電壓波形為純正弦波（無失真）。變頻電源十分接近于理想交流電源，輸出相位偏差在±2°內(nèi)，頻率穩(wěn)定率≤0.01%，負載穩(wěn)壓率在±0.5%范圍內(nèi)，波形失真度≤2%（阻性負載），反應時間最大值為2ms，效率≥85%，帶有輸入、輸出無熔絲開關，電子電路快速偵測過電壓、過電流、過載、過高溫＆短路并自動跳脫保護及告警等保護裝置。因此，先進發(fā)達國家越來越多地將變頻電源用作標準供電電源，以便為用電器提供最優(yōu)良的供電環(huán)境，便于客觀考核用電器的技術性能。
變頻電源可以帶載各種阻抗特性的負載，包括電感類、電阻類、整流類常見負載，需引起重視的是負載類型不同，所需變頻電源的功率容量有很大不同。
電源容量選擇方法：
阻性：電源容量 = 1.1×負載功率
感性：電源容量 =負載啟動電流/負載額定電流×負載功率
整流：電源容量 = 負載電流波峰系數(shù)/1.5×負載功率
混合型：請按照不同負載所占比例適當選取
注：對于冰箱、空調(diào)之類的感性負載，應按照啟動功率來選擇電源容量。啟動功率一般為額定功率的5-7倍。
通過選擇合理的變頻電源，就能模擬世界各地的電壓、頻率，獲得可靠的實驗室數(shù)據(jù)，對于使用最為普遍的電機而言，要按照感性負載進行選擇。我廠使用的電機最大功率為3kw，啟動電流約為額定電流的3倍，因此選擇15kva的電源容量已經(jīng)足夠。當然，變頻器和變頻電源的價格也不在一個數(shù)量級，變頻電源的價格約為變頻器的10倍。
