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技术杂谈:变频器的控制方式及应用选型

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技术杂谈:变频器的控制方式及应用选型

发布日期:2017-09-16 作者: 点击:

变频器厂技巧是应交换机电无级调速的必要而诞生的。20世纪60年月今后,电力电子器件阅历了SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MGT(MOS节制晶体管)、MCT(MOS节制晶闸管)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐低压绝缘栅双极型晶闸管)的成长进程,器件的更新促进了电力电子变更技巧的不断成长。20世纪70年月开端,脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研讨惹起了人们的高度看重。20世纪80年月,作为变频技巧焦点的PWM形式优化成绩吸引着人们的浓厚兴趣,并得出诸多优化形式,此中以鞍形波PWM形式后果最好。20世纪80年月后半期开端,美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并得到了普遍应用。

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2 变频器生产节制办法

低压通用变频输出电压为380~650V,输出功率为0.75~400kW,事情频率为0~400Hz,它的主电路都采纳交直交电路。其节制办法阅历了如下四代。

2.1U/f=C的正弦脉宽调制(SPWM)节制办法

其特色是节制电路布局简略、本钱较低,机器特征硬度也较好,可以或许满意一样平常传动的腻滑调速请求,已在财产的各个范畴得到普遍应用。然则,这类节制办法在低频时,因为输出电压较低,转矩受定子电阻压降的影响比拟明显,使输出最大转矩减小。别的,其机器特征毕竟没有直流电动机硬,静态转矩才能和静态调速机能都还不尽善尽美,且体系机能不高、节制曲线会随负载的变更而变更,转矩响应慢、机电转矩应用率不高,低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而机能降低,稳固性变差等。是以人们又研讨出矢量节制变频调速。

2.2电压空间矢量(SVPWM)节制办法

爱乐彩票平台它是以三相波形全体天生后果为条件,以切近亲近机电气隙的抱负圆形扭转磁场轨迹为目标,一次天生三相调制波形,以内切多边形切近亲近圆的办法停止节制的。经理论应用后又有所改良,即引入频率赔偿,能打消速率节制的偏差;经由进程反应预算磁链幅值,打消低速时定子电阻的影响;将输出电压、电流闭环,以进步静态的精度和稳固度。但节制电路症结较多,且没有引入转矩的调理,以是体系机能没有得到基本改良。

2.3矢量节制(VC)办法

矢量节制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、经由进程三相-二相变更,等效成两相运动坐标系下的交换电流Ia1Ib1,再经由进程按转子磁场定向扭转变更,等效成同步扭转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流;It1相当于与转矩成正比的电枢电流),而后仿照直流电动机的节制办法,求得直流电动机的节制量,颠末响应的坐标反变更,完成对异步电动机的节制。其本质是将交换电动机等效为直流电动机,分离对速率,磁场两个重量停止自力节制。经由进程节制转子磁链,而后分化定子电流而得到转矩和磁场两个重量,经坐标变更,完成正交或解耦节制。矢量节制办法的提出具备划时代的意义。然而在现实应用中,因为转子磁链难以精确观察,体系特征受电动机参数的影响较大,且在等效直流电动机节制进程中所用矢量扭转变更较繁杂,使得现实的节制后果难以到达抱负阐发的成果。

变频器批发2.4直接转矩节制(DTC)办法

1985年,德国鲁尔大学的DePenbrock传授初次提出了直接转矩节制变频技巧。该技巧在很大程度上办理了上述矢量节制的不敷,并以新鲜的节制思惟、简练明了的体系布局、精良的动静态机能得到了迅速成长。今朝,该技巧已胜利地应用在电力机车牵引的大功率交换传动上。

直接转矩节制直接在定子坐标系下阐发交换电动机的数学模子,节制电动机的磁链和转矩。它不必要将交换电动机等效为直流电动机,因此省去了矢量扭转变更中的很多繁杂盘算;它不必要仿照直流电动机的节制,也不必要为解耦而简化交换电动机的数学模子。

2.5矩阵式交—交节制办法

爱乐彩票平台VVVF变频、矢量节制变频、直接转矩节制变频都是交-直-交变频中的一种。其配合毛病是输出功率因数低,谐波电流大,直流电路必要大的储能电容,再生能量又不克不及反应回电网,即不克不及停止四象限运转。为此,矩阵式交-交变频应运而生。因为矩阵式交-交变频省去了中央直流症结,从而省去了体积大、价钱贵的电解电容。它能完胜利率因数为l,输出电流为正弦且能四象限运转,体系的功率密度大。该技巧今朝虽尚未成熟,但仍吸引着众多的学者深入研讨。其本质不是直接的节制电流、磁链等量,而是把转矩直接作为被节制量来完成的。详细办法是:

——节制定子磁链引入定子磁链观察器,完成无速率传感器办法;

——自动识别(ID)寄托精确的机电数学模子,对机电参数自动识别;

爱乐彩票平台——算呈现实值对应定子阻抗、互感、磁饱和身分、惯量等算呈现实的转矩、定子磁链、转子速率停止及时节制;

——完成Band—Band节制按磁链和转矩的Band-Band节制发生PWM旌旗灯号,对逆变器开关状况停止节制。

矩阵式交—交变频具备疾速的转矩响应(<2ms),很高的速率精度(±2%,无PG反应),高转矩精度(<+3%);同时还具备较高的起动转矩及高转矩精度,特别在低速时(包含0速率时),可输出150%~200%转矩。

3 变频器厂节制办法的正当选用

节制办法是决议变频器应用机能的症结地点。今朝市场上低压通用变频器品牌很多,包含欧、美、日及国产的共约50多种。选用变频器时不要觉得品位越高越好,而要按负载的特征,以满意应用请求为准,以便做到量才应用、经济实惠。表1中所列参数供选历时参考。

4 转矩节制型变频器的选型及相干成绩

基于调速便利、节能、运转可靠的长处,变频调速器已渐渐取代传统的变极调速、电磁调速和调压调速办法。在推出PWM磁通矢量节制的变频器数年后,1998岁终又呈现采纳DTC节制技巧的变频器。ABB公司的ACS600系列是第一代采纳DTC技巧的变频器,它可以或许用开环办法对转速和转矩停止精确节制,并且静态和静态目标已优于PWM闭症结制目标。

直接转矩节制以丈量机电电流和直流电压作为自顺应机电模子的输出。

该模子每隔25μs发生一组精确的转矩和磁通现实值,转矩比拟器和磁通比拟器将转矩和磁通的现实值与转矩和磁通的给定值停止比拟,以肯定最好开关地位。由此可以看出它是经由进程对转矩和磁通的丈量,马上调剂逆变电路的开关状况,进而调剂机电的转矩和磁通,以到达精确节制的目标。

4.1选型准则

首先要依据机器对转速(最高、最低)和转矩(起动、持续及过载)的请求,肯定机器请求的最大输出功率(即机电的额外功率最小值)。有经验公式

P=nT/9950(kW)

式中:P——机器请求的输出功率(kW);

n——机器转速(r/min);

爱乐彩票平台T——机器的最大转矩(N˙m)。

而后,抉择机电的极数和额外功率。机电的极数决议了同步转速,请求机电的同步转速尽量地笼罩全部调速规模,使持续负载容量高一些。为了充足应用装备潜能,防止挥霍,可容许机电短时超越同步转速,但必需小于机电容许的最大转速。转矩取装备在起动、持续运转、过载或最高转速等状况下的最大转矩。末了,依据变频器输出功率和额外电流稍大于机电的功率和额外电流的准则来肯定变频器的参数与型号。

必要留意的是,变频器的额外容量及参数是针对一定的海拔高度和情况温度而标出的,一样平常指海拔1000m如下,温度在40℃或25℃如下。若应用情况超越该划定,则在肯定变频器参数、型号时要考虑到情况形成的降容身分。

4.2变频器生产的外部设置装备摆设及应留意的成绩

1)抉择适合的外部熔断器,以防止因外部短路对整流器件的毁坏变频器的型号肯定后,若变频器外部整流电路前没有掩护硅器件的疾速熔断器,变频器与电源之间应设置装备摆设相符请求的熔断器和隔离开关,不克不及用氛围断路器取代熔断器和隔离开关。

爱乐彩票平台2)抉择变频器的引入和引出电缆依据变频器的功率抉择导线截面适合的三芯或四芯屏障能源电缆。特别是从变频器到机电之间的能源电缆一定要选用屏障布局的电缆,且要尽量短,如许可低落电磁辐射和容性漏电流。当电缆长度跨越变频器所容许的输出电缆长度时,电缆的杂散电容将影响变频器的失常事情,为此要设置装备摆设输出电抗器。对付节制电缆,特别是I/0旌旗灯号电缆也要用屏障布局的。对付变频器的焦点元件与变频器之间的衔接电缆其长度不得跨越10m。

爱乐彩票平台3)在输出侧装交换电抗器或EMC滤波器依据变频器装置场合的别的装备对电网品质的请求,若变频器事情时已影响到这些装备的失常运转,可在变频器输出侧装交换电抗器或EMC滤波器,克制由功率器件通断惹起的电磁滋扰。若与变频器衔接的电网的变压器中性点不接地,则不克不及选用EMC滤波器。当变频器用500V以上电压驱动机电时,需在输出侧设置装备摆设du/dt滤波器,以克制逆变输出电压尖峰和电压的变更,有利于掩护机电,同时也低落了容性漏电流和机电电缆的高频辐射,和机电的高频消耗和轴承电流。应用du/dt滤波器时要留意滤波器上的电压降将惹起机电转矩的轻微低落;变频器与滤波器之间电缆长度不得跨越3m。

5 结语

变频器的选型是一项必要卖力看待的事情,今朝市场上低压通用变频器的种类及规格很多,抉择时应按现实的负载特征,以满意应用请求为准,以便做到量才应用,经济实惠。


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