变频器论文范文

时间:2023-12-08 07:10:59

变频器论文

变频器论文篇1

由变频器构成的交流调速系统普遍存在的问题是,系统运行在低频区域时,其性能不够理想,主要表现在低频启动时启动转矩小,造成系统启动困难甚至无法启动。由于变频器的非线性产生的高次谐波,引起电动机的转距脉动及电动机发热,并且电动机运行噪声也加大。低频稳态运行时,受电网电压波动或系统负载的变化及变频器输出电压波形的奇变,将造成电动机的抖动。当变频器距电动机距离较大时及高次谐波对控制电路的干扰,极易引起电动机的爬行。由于上述各种现象,严重降低由变频器构成的调速系统的调速特性和动态品质指标,本文对系统的低频机械特性和变频器的低频特性进行分析,提出采取相应的措施,以使系统的低频运行特性能得以改善。

2变频器低频机械特性

2.1低频启动特性

异步电动机改变定子频率F1,即可平滑地调节电动机的同步转速,但是随着F1的变化,电动机的机械特性也将发生改变,尤其是在低频区域,根据异步电动机的最大转距公式:

Temax=3/2{np(U1/W1)2}/{R1/W1+/(R2/W1)2+(LL1+LL2)2}式中np—电动机极对数;

R1—定子每相电阻;

R2—折合到定子侧的转子每相电阻;

LL1—定子每相漏感;

LL2—折合到定子侧的转子每漏感;

U1—电动机定子每相电压;

W1—电源角频率

可见Temax是随着W1的降低而减小,在低频时,R1已不可忽略。Temax将随着W1的减小而减小,启动转距也将减小,甚至不能带动负载。

2.2低频稳态特性

电动机稳态运行时的转距公式如下:

TL=3np(U1/W1)2SW1R2/{(SR1+R2)2+S2W2(LL1+LL2)2}

在角频率W1为额定时,R1可以忽略。而在低频时,R1已不能忽略,故在低频区时由于R1上的压降所占的比重增加,将无法维持M的恒定,特别是在电网电压变化和负载变化时,系统将出现抖动和爬行。

3变频器调速系统低频特性

3.1谐波分析

由变频器构成的调速系统,由于变频器的非线性,电动机定子中除了基波电流外,还有各次谐波电流,由于高次谐波的存在,使电动机损耗和感抗增大,减少了cosφ,从而影响输出转距,并将产生6倍于基波频率的脉动转距。

以电流波形中的5次、7次谐波来分析,在三相电动机定子电流中的5次谐波频率为F5=5F1(F1为基波电流频率),它在电动机气隙中产生空间负序的磁势和磁场,这个磁场的转速n51为基波电流所产生磁场的转速n11的5倍,并且沿着与基波磁场反的方向旋转,由于电动机转速一定,并假设接近n11,这样由5次谐波磁势在转子内感应出6倍于基波频率的转子电流,此电流与气隙基波磁势的合成作用产生6倍于基波频率的脉动转距。

7次谐波所产生的磁场与基波同相序,但它所产生的旋转磁场转速7倍于基波旋转磁场的转速,故相应转子电流谐波与气隙主磁场的相对转速也是6倍于基波频率,也产生一个6倍于基波频率的脉动转距。

以上两个6倍于基波频率的脉动转距一齐使电动机的电磁转距发生脉动,虽然其平均值为零,但脉动转距使电动机转速不均匀,在低频运行时影响最大。

3.2准方波方式下脉动转距的产生

分别设ψ1、ψ2为定子磁链及转子磁链的空间矢量,在稳态准方波(QSW)运行方式时(桥中晶闸管用1800电角脉冲触发)ψ1在输出周期内沿着正六边形的周边运动。ψ2沿着与六边形同心的圆周运动,在准方波运行方式下ψ1和ψ2运动是连续的,但它们且有重大的区别,当矢量ψ2以恒定定子电压角速度W1旋转时,矢量ψ1以恒定的线速度沿正六边形周边运行,矢量ψ1线速度恒定导致其角速度的变化,进而引起ψ1和ψ2的夹角δ变化,除此,当ψ1沿着六角形轨迹移动时其幅值在一定程度上也有变化。当电动机空载时,由于处于稳态ψ1与ψ2的夹角与转距T在W1t=0、π/6、π/3时为零,而当W1T≠0、π/6、π/3时,δ不为零,它与上面提到的ψ1幅值变化一起引起低频转距脉动,其频率为定子电压基波的6倍,当电动机带负载时对应于一个恒定的δ均值,低频转距脉动将叠加于恒定转距均值之上。

4系统低频特性改善措施

4.1启动转距的提升

由于系统在低频时R1上的压降影响,使系统的启动转距随W1下降而减小,为此变频器设有转距提升功能,该功能可以调整低频区域电动机的力矩,使之与负荷配合,增大启动转距。可选择自动转距提升和手动转距提升模式,其原理是提升定子电压也就相应提高了启动转距,但提升电压设置过高,将导致电流过大引起电动机饱和、过热或过电流跳闸。如1336PLUS系列变频器的转距提升功能,可自动调整提升电压,以产生所需的电压,可根据预定转距所需的电流来选择提升电压,转距提升在控制电流的同时使电动机处于最佳运行状态,在选择手动转距提升时,要结合实际情况来设定转距提升值。

4.2改善低频转距脉动

变频器构成的交流调速系统的低频转距脉动直接影响系统动态特性,不论是变频器的生产厂和系统集成的工程技术人员,都在尽力于改善低频区脉动这一技术问题.如采用磁通控制方式、正弦波PWM控制方式,它不是按照调制正弦波和载波的交点来控制GTR的导通和关断,而是始终使异步电动机的磁通接近正弦波,旋转磁场的轨迹是圆形来决定GTR的导通规律。在很低的频率下,保证异步电动机在低速时旋转均匀,从而扩大了变频调速范围,抑制异步电动机的振动和噪声。其圆形旋转磁场的实现,是通过检测磁通使控制环节随时判断实际磁通超过误差范围与否,来改变GTR的工作模式,从而保证旋转磁场的轨迹呈圆形,以减少转距脉动。

4.3圆周PWM方法降低转距脉动

“圆周”的含义是指定子磁链ψ1空间矢量在高斯平面中沿着一个非常接近于圆周的多边形,其以降低电动机脉动转距为目的来确定电压脉冲的宽度和位置。三相逆变器为全波桥式结构,如其运行在这样一种方式下,当交流输出端(a、b、c)之一在任何时候接通直流母线(应同时接到另一个直流母线上),这一原理从图1(a)中可以明显表示清楚。显然交流输出端接到直流母线方式有六种,这就导致定子电压U1的空间矢量有六个位置,这六个位置如图1(b)所示,图1(b)中六种开/关状态对应着U1的六种位置,图中粗线位置表示开关1、3、6处于开的位置,投影所产生的瞬时相电压如下:

Va=Vb=1/3VdcVc=-2/3Vdc

其余类推,符号Va、Vb、Vc代表三相输出电压的瞬时相电压值,假如Ia+Ib+Ic=0由空间矢量在A、B、C轴上的垂直投影就可得到Va、Vb、Vc,除以上六种开/关状态外,还有使开关1、3、5或2、4、6同时关断两种状态,在这种情况下,交流输出端a、b、c接到同一电位上,U1及Ua、Ub、Uc顺次变为零,将这种运行方式应用到一个三电平PWM逆变器上可获得与两电平PWM相比而言较低的谐波成分。

PWM形式是一种斩波准方波调制,负载上的相电压由矩形段和零电压段(U1=0时)组成,在每个电压脉冲时刻,矢量ψ1以恒定线速度移动,而在零电压段保持静止,然而由于矢量ψ2以恒定角速度W1转动,ψ1和ψ2间的夹角δ就出现了,因此电压斩波是引起高频转距脉动的主要原因,频率与输出电压矩脉冲频率相同。这是由于PWM自身固有的,实际上高频转矩脉动是很难消除的,并叠加于低频转矩脉动之上。为消除系统的低频转矩脉动可从以下两种方式开展工作。

(1)在电压脉冲中间点的时刻,矢量ψ1、ψ2间的夹角δ在稳态运行时对于所有脉冲应保持恒定,消除由δ变化而产生的对低频转矩(频率为6F1)的影响,在空载情况下δ=0尽管ψ1的幅值变化,低频转矩脉动仍然将被完全消除。

(2)在恒定的负载时(δ-cost≠0)仅仅ψ1幅值的变化引起低频转矩脉动,而负载引起ψ2幅值的变化可以忽略,因此必须获得一个比较接近于圆周的ψ1矢量轨迹。

圆周PWM是利用空载矢量ψ1的空间位置来确定电压脉冲的中间点,即晶闸管导通段及零电压段的合理组合,可以产生幅值变化可以忽略不计的ψ1,此原理如图1所示,ψ1停止时刻(即零电压段)用圆点标出,确定电压脉冲位置使它们对称,如图中各横坐标的中间点,脉冲宽度(即持续时间)与横坐标长度相对应,所要求的输出电压来确定.自然电压波形周期由ψ1矢量沿多边形转一周所需的时间确定。采用此方法在保持输出电压由零到最大值可变的同时,可有效的消除低频转矩脉动。

摘要:文中分析变频器调速系统在低频区域的特性,叙述了该系统在低频区存在的一些问题,并提出相应的改善措施。

变频器论文篇2

论文摘要:在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中,当电动机所传动的位能负载下放时,电动机将可能处于再生发电制动状态;或当电动机从高速到低速(含停车)减速时,频率可以突减,但因电机的机械惯性,电机可能处于再生发电状态,传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能,通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时,如果变频器中没采取消耗能量的措施,这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时,这部分能量就可能对变频器带来损坏。

一、引言

在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中,当电动机所传动的位能负载下放时,电动机将可能处于再生发电制动状态;或当电动机从高速到低速(含停车)减速时,频率可以突减,但因电机的机械惯性,电机可能处于再生发电状态,传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能,通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时,如果变频器中没采取消耗能量的措施,这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时,这部分能量就可能对变频器带来损坏,所以这部分能量我们就应该考虑考虑了。

在通用变频器中,对再生能量最常用的处理方式有两种:(1)、耗散到直流回路中人为设置的与电容器并联的“制动电阻”中,称之为动力制动状态;(2)、使之回馈到电网,则称之为回馈制动状态(又称再生制动状态)。还有一种制动方式,即直流制动,可以用于要求准确停车的情况或起动前制动电机由于外界因素引起的不规则旋转。

在书籍、刊物上有许多专家谈论过有关变频器制动方面的设计与应用,尤其是近些时间有过许多关于“能量回馈制动”方面的文章。今天,笔者提供一种新型的制动方法,它具有“回馈制动”的四象限运转、运行效率高等优点,也具有“能耗制动”对电网无污染、可靠性高等好处。

二、能耗制动

利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能的方式称为能耗制动。

其优点是构造简单;对电网无污染(与回馈制动作比较),成本低廉;缺点是运行效率低,特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量且制动电阻的容量将增大。

一般在通用变频器中,小功率变频器(22kW以下)内置有了刹车单元,只需外加刹车电阻。大功率变频器(22kW以上)就需外置刹车单元、刹车电阻了。

三、回馈制动

实现能量回馈制动就要求电压同频同相控制、回馈电流控制等条件。它是采用有源逆变技术,将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网,从而实现制动。回馈制动的优点是能四象限运行,如图3所示,电能回馈提高了系统的效率。其缺点是:(1)、只有在不易发生故障的稳定电网电压下(电网电压波动不大于10%),才可以采用这种回馈制动方式。因为在发电制动运行时,电网电压故障时间大于2ms,则可能发生换相失败,损坏器件。(2)、在回馈时,对电网有谐波污染。(3)、控制复杂,成本较高。

四、新型制动方式(电容反馈制动)

1、主回路原理

整流部分采用普通的不可控整流桥进行整流,滤波回路采用通用的电解电容,延时回路采用接触器或可控硅都行。充电、反馈回路由功率模块IGBT、充电、反馈电抗器L及大电解电容C(容量约零点几法,可根据变频器所在的工况系统决定)组成。逆变部分由功率模块IGBT组成。保护回路,由IGBT、功率电阻组成。

(1)电动机发电运行状态

CPU对输入的交流电压和直流回路电压νd的实时监控,决定向VT1是否发出充电信号,一旦νd比输入交流电压所对应的直流电压值(如380VAC—530VDC)高到一定值时,CPU关断VT3,通过对VT1的脉冲导通实现对电解电容C的充电过程。此时的电抗器L与电解电容C分压,从而确保电解电容C工作在安全范围内。当电解电容C上的电压快到危险值(比如说370V),而系统仍处于发电状态,电能不断通过逆变部分回送到直流回路中时,安全回路发挥作用,实现能耗制动(电阻制动),控制VT3的关断与开通,从而实现电阻R消耗多余的能量,一般这种情况是不会出现的。

(2)电动机电动运行状态

当CPU发现系统不再充电时,则对VT3进行脉冲导通,使得在电抗器L上行成了一个瞬时左正右负的电压(如图标识),再加上电解电容C上的电压就能实现从电容到直流回路的能量反馈过程。CPU通过对电解电容C上的电压和直流回路的电压的检测,控制VT3的开关频率以及占空比,从而控制反馈电流,确保直流回路电压νd不出现过高。2、系统难点

(1)电抗器的选取

(a)、我们考虑到工况的特殊性,假设系统出现某种故障,导致电机所载的位能负载自由加速下落,这时电机处于一种发电运行状态,再生能量通过六个续流二极管回送至直流回路,致使νd升高,很快使变频器处于充电状态,这时的电流会很大。所以所选取电抗器线径要大到能通过此时的电流。

(b)、在反馈回路中,为了使电解电容在下次充电前把尽可能多的电能释放出来,选取普通的铁芯(硅钢片)是不能达到目的的,最好选用铁氧体材料制成的铁芯,再看看上述考虑的电流值如此大,可见这个铁芯有多大,素不知市面上有无这么大的铁氧体铁芯,即使有,其价格也肯定不会很低。所以笔者建议充电、反馈回路各采用一个电抗器。

(2)控制上的难点

(a)、变频器的直流回路中,电压νd一般都高于500VDC,而电解电容C的耐压才400VDC,可见这种充电过程的控制就不像能量制动(电阻制动)的控制方式了。其在电抗器上所产生的瞬时电压降为,电解电容C的瞬时充电电压为νc=νd-νL,为了确保电解电容工作在安全范围内(≤400V),就得有效的控制电抗器上的电压降νL,而电压降νL又取决于电感量和电流的瞬时变化率。

(b)、在反馈过程中,还得防止电解电容C所放的电能通过电抗器造成直流回路电压过高,以致系统出现过压保护。

3、主要应用场合及应用实例

正是由于变频器的这种新型制动方式(电容反馈制动)所具有的优越性,近些来,不少用户结合其设备的特点,纷纷提出了要配备这种系统。由于技术上有一定的难度,国外还不知有无此制动方式?国内目前只有山东风光电子公司由以前采用回馈制动方式的变频器(仍有2台在正常运行中)改用了这种电容反馈制动方式的新型矿用提升机系列。

随着变频器应用领域的拓宽,这个应用技术将大有发展前途,具体来讲,主要用在矿井中的吊笼(载人或装料)、斜井矿车(单筒或双筒)、起重机械等行业。总之需要能量回馈装置的场合都可选用。

参考文献

变频器论文篇3

关键词:高频链;高频变压器;逆变器

引言

MESPELAGE于1977年提出了高频链逆变技术的新概念[1]。高频链逆变技术与常规的逆变技术最大的不同,在于利用高频变压器实现了输入与输出的电气隔离,减小了变压器的体积和重量。近年来,高频链技术引起人们越来越多的兴趣。

1概述

图1是传统的逆变器框图。其缺点是采用了笨重庞大的工频变压器和滤波电感,导致效率低,噪音大,可靠性差。另外,谐波含量大,波形畸变严重,与要求的优质正弦波相差甚远。

图2所示为电压源高频链逆变器的框图,该方案是当今研究的最先进方案[2],也是本文中采用的方案。采用此方案有其一系列的优点,诸如,以小型的高频变压器替代工频变压器;只有两级功率变换;正弦波质量高;控制灵活等。高频变压器是高频链的核心部件,肩负着隔离和传输功率的重任,其性能好坏直接决定逆变器的性能好坏。不合格的变压器温升高,效率低,漏感严重,输出波形畸变大,直接影响电路的稳定性和可靠性,甚至损坏开关器件,导致实验失败。

2高频变压器的设计

设计高频变压器首先应该从磁芯开始。开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料,它有较高磁导率,低的矫顽力,高的电阻率。磁导率高,在一定线圈匝数时,通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压,因此,在输出一定功率要求下,可减轻磁芯体积。磁芯矫顽力低,磁滞面积小,则铁耗也少。高的电阻率,则涡流小,铁耗小。各种磁芯物理性能及价格比如表1所列。铁氧体材料是复合氧化物烧结体,电阻率很高,适合高频下使用,但Bs值比较小,常使用在开关电源中。本文采用的就是铁氧体材料。

表1各种磁芯特性比较表

磁芯类型

非晶合金

薄硅钢片

坡莫合金

铁氧体

铁损

磁导率

饱和磁密

温度影响

加工

价格

高频变压器的设计通常采用两种方法[3]:第一种是先求出磁芯窗口面积AW与磁芯有效截面积Ae的乘积AP(AP=AW×Ae,称磁芯面积乘积),根据AP值,查表找出所需磁性材料之编号;第二种是先求出几何参数,查表找出磁芯编号,再进行设计。本文详细讨论如何用AP法设计高频变压器。

原边NP匝,副边Ns匝的变压器,在NP匝上以电压V1开关工作时,根据法拉第定律,有

V1=KffsNPBWAe(1)

式中:Kf为波形系数,即有效值和平均值之比,正

弦波为4.44,方波为4;

fs为工作频率;

BW为工作磁通密度。

NP=V1/(KffsBwAe)(2)

铁芯窗口面积AW乘以窗口使用系数Ko(一般取04)为有效面积,该面积为原边绕组NP占据的窗口面积NPAP′与副边绕组Ns占据的窗口面积NsAs′之和,即

KoAW=NPAP′+NsAs′(3)

式中:AP′及As′分别为原、副边绕组每匝的截面积。

每匝所占用面积与流过该匝的电流值I和电流密度J有关,如式(4)所示。

AP′=I1/J

As′=I2/J(4)

将式(4)代入式(3),则得

KoAW=(V1/KffsBwAe)I1/J+(V2/KffsBwAc)(I2/J)

即AWAe=(V1I1+V2I2)/(KoKffsBwJ)(5)

电流密度J直接影响到温升,亦影响到AWAe,其关系可用式(6)表示。

J=KJ(AWAe)X(6)

式中:KJ为电流密度系数;X为常数,由所用磁芯确定。

若变压器的视在功率PT=V1I1+V2I2,则

AWAe=(PT)/(KoKffsBwJ(AWAe)x

即AP=(PT×104)/(KoKffsBwKJ)(1/1+X)(7)

式中:AP单位为cm4,其余的单位为国际单位制。

视在功率随线路结构不同而不同。如图3所示。变压器效率为η,则在图3(a)中

PT=Po+Pi=Po+Po/η=Po(1+1/η)

在图3(b)中

在图3(c)中

本文采用图3(b)的结构,VDC=24V,Po=250W,设η=0.95,则

若采用E型磁芯,允许温升25℃,则有KJ=323,X=-0.14。饱和磁密约为0.35T,考虑到高温时饱和磁密会下降,同时,为了防止合闸瞬间高频变压器饱和,取饱和磁密的1/3为变压器的工作磁密,即BW=0.117T。工作频率为20kHz,由式(7)

可得

取10%的裕度,即AP=6.65×(1+10%)≈7.28cm4,查手册选取E17铁氧体磁芯,其AW=2.56cm2,Ae=3.80cm2,AP=9.73cm4,满足要求。

确定磁芯材料后,则其他参数计算如下:

1)原边绕组匝数NP

NP=(V1)/(KffsBwAe)≈7匝;

2)原边电流IP

IP=(Po)/(VDCη)≈10.96A;

3)电流密度JJ=KJ(AWAe)x=234.9A/cm2;

4)原边绕组裸线面积AXP

AXP=Ip/J≈0.04666cm2;

5)副边绕组匝数Ns逆变器工作时占空比D=0.75,幅值为根号2220V,则

Ns=(NpV2)/DV1=120.99≈121匝

6)副边绕组裸线面积AXS注意中间抽头变压器Io须乘0.707的校正系数,则

AXS=(Io×0.707)/J=(Po×0.707)/(Vo×J)=(250×0.707)/(220×234.9)

=0.00342cm2。

3实验结果

实验采用图3(b)的结构,参数如下:

输入电压DC24V;

开关频率20kHz;

占空比D=0.75;

输出电压AC220V;

输出功率250W;

输出频率50Hz;

变压器磁芯E17铁氧体磁芯;

原边绕组匝数7匝;

副边绕组匝数121匝。

该高频链工作稳定可靠,噪声很小,实验结果证明该高频变压器满足实际要求。

4结语

1)设计中,在最大输出功率时,磁芯中的磁感应强度不应达到饱和,以免在大信号时产生失真。

2)在瞬变过程中,高频链漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部振荡,使损耗增加,严重时会造成开关管损坏。同时,输出绕组匝数多,层数多时,应考虑分布电容的影响,降低分布电容有利于抑制高频信号对负载的干扰。对同一变压器同时减少分布电容和漏感是困难的,应根据不同的工作要求,保证合适的电容和电感。

变频器论文篇4

【论文摘要】:对变频调速器在实践应用中容量的正确选择、传动系统的优化设计以及外接制动电阻等方面的问题,总结了一些经验。

随着电力技术的迅速发展,交流电机变频调速技术取得了突破性的进步,进入了普及应用阶段。在我国,变频调速器也正越来越广泛地被采用,与此同是地,如何正确地选好、用好已成为广大用户十分突出的问题了。

1.关于容量选择

在变频调速器的说明书中,为了帮助用户选择容量,都有"配用电动机容量"一栏,然而,这一栏的含义却不够确切,常导致变频器的误选。

各种生产机械中,电动机的容量主是根据发热原则来选定的。就是说,在电动机带得动的前提下,只要其温升在允许范围内,短时间的过载是允许的。电动机的过载能力一般定为额定转矩的1.8-2.2倍。电动机的温升,所谓"短时间"至少也在十几分钟以上。而变频调速器的过载能力为:150%,l分钟。这个指标,对电动机来说,只有在起动过程才有意义,在运行过程中,实际上是不允许载。

因此,"配用电动机容量"一栏的准确含义是"配用电动机的实际最大容量"。实际选择变频器时,可按电动机在工作过程中的最大电流来进行选择,对于鼓风机和泵类负载,因属于长期恒定负载,可直接按"配用电动机容量"来选择。

2.传动系统进行优化设计

交流异步电动机经变频调速后,其有效转矩和有效功率的范围。配用变频调速器时,必须根据生产机械的机械特性以及对调速范围的要求等因素,对传动系统进行优级化设计,优化设计的主要内容和大致方法如下:

2.1确定电动机的最高运行频率

(1)鼓风机和泵类负载,这类负载的阻转矩TL与转速n的平方成正比TL=KTn2,输出功率PL与转速的在次方成正比PL=KPn3,(KT和KP为常数),由此可知,如转速超过额定转速,负载的转矩和功率将分别按平方律和立方律增加,因此,在一般情况下,不允许在额定频率以上运行。

(2)一般情况下,各种机械的强度、振动以及耐磨性能等,都是以电动机转速不超过3000r/min为前提设计的。因此,在没有对机械重新进行设计的情况下,2级电机的最高运行频率不要超过额定频率太多。

(3)当异步电机在额定频率以上运行时,由于电源电压是恒定的,其在调到fx时电磁转矩Tx近乎和频率调节比Kf的平方成反比,即T≈TN/Kf2(而TN为额定频率fN时的转矩)。因此,最高运行频率不宜超过额定频率

(4)异步电机在低频下运行时,为了获得足够的转矩,常需进行转矩补偿。而转矩补偿将使电机的磁路趋于饱和,从而增加附加损失,降低了效率,因此,只要情况许可,应尺可能地提高运行频率的上限。

2.2确定传动系统的传动比并校核电动机的容量

(1)鼓风机和泵类负载,一般均为直接驱动,不必考虑传动比的问题。

(2)恒转矩负载,首先,根据有效转矩线以及所要求的频率调节范围,确定电机运行的最高频率和最低频率。

假设已经确定的电动机最高运行频率为fmax最低运行频率为fmin与此对应的转矩相对值为tTL,则电动机的额定转矩Tn=TL/qTL(TL负载转矩)。如果原选电机并未留有余量的话,则配用变频调速器后,电动机的容量应扩大1/tTL倍。传动系统的传动比入等于电动机在最高运行频率下的转速nDmax负载所需求的最高转速nLmax之比。

(3)恒功率负载:和恒转矩负载类似,首先根据有效功率线和频率调节范围,求出电动机运行频率的上、下限。

同样,在求出最高和最低运行频率的同时,得到对应的功率相对值tPL,而电动机的额定功率PN≥PL/tPL(PL为负载要求功率)。

在设计恒功率负载时,应注意两点:(1)尽量多利用额定频率以上的部分;(2)当调整范围较大时,尽量采用两档传动比。因为当传动比分成两栏时,频率范围αf与αn转速范围之间的关系为。可见,在转速范围相同的情况下,频率范围将大为减小,从而可减小电动机的容量。

负载的机械特性,因是恒功率负载,故曲线上任一点的横坐标与纵坐标的乘积均相等,且与负载功率成正比,即PL=KPTLnL=KPTLmaxLmin。全部转速都在额定频率以下调节时的有效转矩线,在这种情况下,所需电动机的容量PN=KPTNnLmax>KPTLmaxLmax=αnPL。这说明,所需电动机的容量比负载功率的On倍还要大,是很不经济的。

⑴当最高运行频率为额定频率的2倍,传动比只有一档时的情形。在这种情况下,所需电机的容量PN=KPTN1/2nLmax1/2αnPL。可见,所需用容量只要大于负载功率的On/2倍就可以了。

⑵当最高运行频率为额定频率的2倍,传动比为两档时的情形。这时,所需电机的容量PN1/2PL。可见,对于恒功率负载,当αn>4时,这种方案是比较理想的。

3.自配外接制动电阻

各种变频调速器都允许外接制动电阻,加快制动速度,外接电阻。但配套的制动电阻价格昂贵,不易买到,自动配置时,其阻值与功率可如下决定:

直流电路的电压值UP=×380=53V;制动电流Is一般以不超过电机的额定电流IDN为原则,即Is≤IDN,故制动电阻Rs≥UD/Is。

因Rs内通过电流的时间只有几秒钟,故其功率PR可按工其工作时的(1/10-1/8)选择,即PR=(0.1-0.125)UD2/Rs。

因Rs接入电路时,应注意将变频调速器内部的制动电阻切除,如不能切除,则应适当加大Rs的值,以免出现制动电流过大的情形。

在外接制动电路时,为了避免烧毁变频器内部的放电用大功率晶体管(GTR)有时也可以外接整个制动电器(即包括制动电阻和放电晶体管,这时,GTR应选取其VCEX≥700伏;ICN≥(1.2-1.5)IDN安。

参考文献

[1]马新民,矿山机械,徐州:中国矿业大学出版社,2002

[2]李纪等,煤矿机电事故分析与预防,北京:煤炭工业出版社,1997

[3]柴常等,机电安全技术,北京:化学工业出版社,2006.1

变频器论文篇5

厂输煤系统使用的是5T龙门式装卸桥,跨度为40.5m,抓斗的提升、开闭机构由二台45KW绕线式异步电动机驱动,小车行走机构分别由二台22KW绕线式异步电动机驱动,大车行走机构分别由二台11KW绕线式异步电动机驱动。在抓斗的提升、开闭,大车及小车前进、后退的传动控制过程中,为了确保机械设备运行的平稳性,采用了绕线式异步电动机转子串接电阻的调速方式。在多年的使用过程中发现该控制方式中存在着很多难以解决的问题,比如调速性能差、接触器动作频繁致使经常更换接触器、串接电阻故障多、操作不规范造成电气回路及机械部件损坏等。

一、问题的提出

经现场实地查看,发现,该5T龙门式装卸桥的抓斗的提升、开闭以及小车的前进后退的调速性能均较差,而且使用按扭控制起停、主令开关设定速度段,这样就会有两种情况:1.绕线式异步电动机一起动很快达到设定的电机最大转速,速度太高以及变化太快容易造成电器、机械部件的损坏;2.如设定速度低则会延长等待时间,使生产效率降低。另外,针对抓斗的提升及下放也存在一些潜在的问题,即:当抓斗提升,但在空中停车再起动时,有可能致使抓斗出现“溜车”现象(轻微下滑),这时电机工作在反接制动状态,但是制动转矩小于负载转矩,电机电流非常大。当下放抓斗时,电机在重力与电动转矩的作用下以极快的速度运行在第四象限,电机工作在回馈制动状态,转速大于同步转速,停车时(抱闸),由于抓斗的惯性及下降速度太快停车效果差,非常危险。针对上述问题,现要采用变频调速技术予以解决。

二、抓斗的提升、开闭变频控制

抓斗有两台电机控制即抓斗开合电机、抓斗提升电机。抓斗抓煤时,仅有开合电机运转,抓满煤开始提升时,提升和开合两台电机均要工作,相互间需要有速度配合才可使系统稳定可靠运行。根据以往制作类似提升、下放重物变频控制装置的经验及查阅ABB公司起重专用变频器的相关技术资料,变频器采用制动单元和制动电阻后能够提供100%的制动转矩,使抓斗下放时,电机工作在制动状态,变频器的制动单元能够完全吸收掉这部分能量使电机稳定工作在第四象限,且转速连续可调。这些通过调整开合电机变频器及提升电机变频器的频率、

加速时间,使之相互配合,调整方便。

抓斗的提升、开闭机构采用SIEMENSS7-200系列PLC控制,其输入、输出均由继电器进行隔离。采用PLC控制后使系统的维护量大大减少,修改或调整控制关系灵活、方便。

三、大车、小车运行机构变频控制

该系统的大车、小车运行机构基本象似,都是由两台电机控制,只是电机的功率不一样,对两台电机分别采用两台相同的西门子MASTERDRIVES系列矢量控制型变频器进行起动及速度控制。由于两台电机是驱动的同一负载,为保证两台电机的同步运行,每台变频器均配置一块TSY型同步板来实现同步控制。每台变频器还需要加装直流母线上的制动单元实现四象限运行。

采用变频器调速时,每台变频器分别单独供电。设定一台变频器为启动变频器,另一台为工作变频器,两台变频器设置参数完全一致,在SIEMENSPLC(S7-200系列)的控制下,绕线电机的转子短接接触器吸合。在接受到起动按扭发出的起动命令及速度信号后,两台变频器同步工作,当需要快速停车或反向运转时,两台电机的能量回馈通过制动单元释放,达到快速起停的目的。

四、其它

原转子串接电阻调速方式的控制装置的电源和控制部分回路保持不变,变频控制与原控制系统可通过转换开关相互切换。四台变频器均采用矢量型变频器并配以制动单元、制动电阻以确保在机械失灵的情况下人身及设备的安全。由于变频器调速属高效调速系统,运行效率高,调速灵活、方便,系统反应速度快,所以采用变频器控制并没有影响龙门抓的抓煤量。

五、小结

该系统经改造后运行近一年来,未出现电器或机械部件损坏,操作简便,减少了操作人员操作强度,为我公司带来了可观的经济效益。需要补充的是如果有条件的话可在抓斗控制机械制动回路增加变频器故障跳闸联锁,变频器一旦故障机械制动立即动作,使之停车,这样龙门抓的运行可靠性将会得到大大提高。

参考文献:

[1].ABB公司.《ABB变频器操作手册(提升宏)》2001年

[2].SIEMENS公司.《SIEMENSMASTERDRIVE变频器使用手册》2001年

变频器论文篇6

项目教学法是以学生为中心,将有关知识和技能融入到教学项目中的教学模式。学生参与到教学活动中,项目的每一个环节,包括收集资料、制定项目方案以及最终的项目评价,都由学生自主完成。从学科教学的角度而言,虽然项目所涉及到的是某一学科的教学内容,但是,整个项目的顺利完成,要对于多种学科进行研究,以对于概念和原理知识以充分理解。教学活动中涉及到多种技能,需要学生进行跨领域探索,以做到多门知识的融会贯通。学生对于知识的掌握程度,通过所制作的项目作品体现出来。

2项目教学法的具体实施过程

2.1项目任务的确定

任课教师在项目任务的确定上,要对于项目操作过程中所涉及到的跨学科知识进行分析,编写《项目任务书》。

2.2制定项目计划

将《项目任务书》分发到每一名学生手中,对项目要求、学习任务等等进行讲解。之后,将学生分为若干个小组。项目计划的制定主要由学生来完成。学生通过讨论,将计划制定出来,其中的内容要涉及到项目操作的步骤和程序。教师对于项目计划进行审核合格后,可以进入到具体的项目实施中。每一个小组的成员都要将项目进展以及阶段性成果记录下来。

2.3项目计划的实施

根据项目计划的具体内容,小组成员都要将所分配的任务按时完成。首先,学生要根据自己的任务进展情况具有针对性地收集和整理资料,做好项目设计,在进行实际操作和调试过程中,对于所遇到的问题,要独立解决,或者小组合作解决。最终完成项目任务。

2.4项目的检查评估

项目完成,学生自我回报项目成果,自我评估,小组间互相评估,最后是教师点评。项目成果的评价阶段,是学生知识运用能力提高的阶段。当学生感受到成就感的时候,就会激发自我学习的积极性。

3项目教学法在变频器教学中的合理应用

3.1根据课堂教学目标确定项目任务

基于变频器教学要充分考虑到该技术的实际应用性,在开展项目教学的时候,要从变频器的应用领域中选定项目任务作为课堂教学目标。在提出变频器项目任务之前,要对于学生有关原理知识以及相关知识的掌握程度进行分析,了解学生需要掌握的操作技能,结合应用领域中变频器的使用,具有针对性地设定项目任务。此外,项目选择要符合学生的接受能力,且与学生的未来职业存在着必然的联系。比如,在《物料识别与分拣系统的控制》课堂教学内容中,要将项目定位在企业自动化生产线的末端,系统运用变频器对电动机自动调速。从系统的运行来看,采用变频器控制,可以推动气压驱动启动电磁阀,使得整个系统自动运行。项目教学的优点在于,可以直观地展示顺序控制,使学生对于项目程序充分了解,并在每一个环节中,都能够自主解决疑难问题。

3.2制定项目计划

项目计划的制定,是对项目内容细化的过程。任课教师要对项目展开过程中每一个环节所涉及到的知识进行研究,融合学生已经掌握的专业基础知识,以学生自主讨论的方式对课堂上所涉及到的知识内容进行研究。学生讨论的目的是确保整个项目顺利完成,因此,教师要与学生共同制定项目计划,并做好分工。学生讨论主要采用分组的方式,5人一组,根据学生的知识容量强弱搭配。要求学生有能力根据控制要求进行I/O分配。将电气安装图绘制出来后,根据图纸设计进行外部接线。对于控制系统的功能,还要以小组为单位独立调试。

3.3项目的检查与评估

在项目实施的过程中,要进行阶段性总结,并回顾项目内容,以针对项目中所遇到的问题以讨论交流的方式得以解决。比如,项目操作中,学生通常会遇到操作性问题,此时,教师不宜给予直接的指导,而是提醒相关的知识,引导学生运用所学过的理论知识解决操作问题。当每一个小组的项目完成后,要鼓励学生将代表作展示出来,进行小组间交流。此时,要引导学生针所完成的项目进行评估。根据学生的项目完成情况,要将任务评价表设计出来。学生根据评价表中指定的评价内容自我评价,然后是小组综合评价,最后由教师检查评价,并将评价结果记录在表中。评价要做到阶段性评价与整个项目评价相结合,一改学生仅仅对于项目结果的重视,而更注重项目过程中所涉及到的知识。

4结论

综上所述,变频器教学是技校教学中的重点科目。项目教学法引入到课堂教学中,目的就是促进学生将知识理论运用于实践操作中,充分挖掘学生的潜在能力,培养学生独立解决实际问题的能力,提高学生的职业技能。

变频器论文篇7

变频器过电压主要是指其中间直流回路过电压,中间直流回路过电压主要危害在于:(1)引起电动机磁路饱和。对于电动机来说,电压主过高必然使电机铁芯磁通增加,可能导致磁路饱和,励磁电流过大,从面引起电机温升过高;(2)损害电动机绝缘。中间直流回路电压升高后,变频器输出电压的脉冲幅度过大,对电机绝缘寿命有很大的影响;(3)对中间直流回路滤波电容器寿命有直接影响,严重时会引起电容器爆裂。因而变频器厂家一般将中间直流回路过电压值限定在DC800V左右,一旦其电压超过限定值,变频器将按限定要求跳闸保护。

二、产生变频器过电压的原因

1.过电压的原因

一般能引起中间直流回路过电压的原因主要来自以下两个方面:

(1)来自电源输入侧的过电压

通常情况下的电源电压为380V,允许误差为-5%-+10%,经三相桥式全波整流后中间直流的峰值为591V,个别情况下电源线电压达到450V,其峰值电压也只有636V,并不算很高,一般电源电压不会使变频器因过电压跳闸。电源输入侧的过电压主要是指电源侧的冲击过电压,如雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压等,主要特点是电压变化率dv/dt和幅值都很大。

(2)来自负载侧的过电压

主要是指由于某种原因使电动机处于再生发电状态时,即电机处于实际转速比变频频率决定的同步转速高的状态,负载的传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能,通过逆变器的6个续流二极管回馈到变频器的中间直流回路中。此时的逆变器处于整流状态,如果变频器中没采取消耗这些能量的措施,这些能量将会导致中间直流回路的电容器的电压上升。达到限值即行跳闸。

2.从变频器负载侧可能引起过电压的情况及主要原因

从变频器负载侧可能引起过电压的情况及主要原因如下:

(1)变频器减速时间参数设定相对较小及未使用变频器减速过电压自处理功能。当变频器拖动大惯性负载时,其减速时间设定的比较小,在减速过程中,变频器输出频率下降的速度比较快,而负载惯性比较大,靠本身阻力减速比较慢,使负载拖动电动机的转速比变频器输出的频率所对应的转速还要高,电动机处于发电状态,而变频器没有能量处理单元或其作用有限,因而导致变频器中间直流回路电压升高,超出保护值,就会出现过电压跳闸故障。

大多数变频器为了避免跳闸,专门设置了减速过电压的自处理功能,如果在减速过程中,直流电压超过了设定的电压上限值,变频器的输出频率将不再下降,暂缓减速,待直流电压下降到设定值以下后再继续减速。如果减速时间设定不合适,又没有利用减速过电压的自处理功能,就可能出现此类故障。

(2)工艺要求在限定时间内减速至规定频率或停止运行。工艺流程限定了负载的减速时间,合理设定相关参数也不能减缓这一故障,系统也没有采取处理多余能量的措施,必然会引发过压跳闸故障。

(3)当电动机所传动的位能负载下放时,电动机将处于再生发电制动状态。位能负载下降过快,过多回馈能量超过中间直流回路及其能量处理单元的承受能力,过电压故障也会发生。

(4)变频器负载突降。变频器负载突降会使负载的转速明显上升,使负载电机进入再生发电状态,从负载侧向变频器中间直流回路回馈能量,短时间内能量的集中回馈,可能会中间直流回路及其能量处理单元的承受能力引发过电压故障。

(5)多个电机拖动同一个负载时,也可能出现这一故障,主要由于没有负荷分配引起的。以两台电动机拖动一个负载为例,当一台电动机的实际转速大于另一台电动机的同步转速时,则转速高的电动机相当于原动机,转速低的处于发电状态,引起了过电压故障。处理时需加负荷分配控制。可以把变频器输出特性曲线调节的软一些。

(6)变频器中间直流回路电容容量下降

变频器在运行多年后,中间直流回路电容容量下降将不可避免,中间直流回路对直流电压的调节程度减弱,在工艺状况和设定参数未曾改变的情况下,发生变频器过电压跳闸几率会增大,这时需要对中间直流回路电容器容量下降情况进行检查。三、过电压故障处理对策

对于过电压故障的处理,关键一是中间直流回路多余能量如何及时处理;二是如何避免或减少多余能量向中间直流回路馈送,使其过电压的程度限定在允许的限值之内。下面是主要的对策。

1.在电源输入侧增加吸收装置,减少过电压因素

对于电源输入侧有冲击过电压、雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压可能发生的情况下,可以采用在输入侧并联浪涌吸收装置或串联电抗器等方法加以解决。

2.从变频器已设定的参数中寻找解决办法

在变频器可设定的参数中主要有两点:是减速时间参数和变频器减速过电压自处理功能。在工艺流程中如不限定负载减速时间时,变频器减速时间参数的设定不要太短,而使得负载动能释放的太快,该参数的设定要以不引起中间回路过电压为限,特别要注意负载惯性较大时该参数的设定。如果工艺流程对负载减速时间有限制,而在限定时间内变频器出现过电压跳闸现象,就要设定变频器失速自整定功能或先设定变频器不过压情况下可减至的频率值,暂缓后减速至零,减缓频率减少的速度。

3.通过控制系统功能优势解决变频器过电压问题

在很多工艺流程中,变频器的减速和负载的突降是受控制系统支配的,可以利用控制系统的一些功能,在变频器的减速和负载的突降前进行控制,减少过多的能量馈入变频器中间直流回路。如对于规律性减速过电压故障,可将变频器输入侧的不可控整流桥换成半可控或全控整流桥,在减速前将中间直流电压控制在允许的较低值,相对加大中间直流回路承受馈入能量的能力,避免产生过电压故障。而对于规律性负载突降过电压故障,可利用控制系统如SIEMENS的PLC系统的控制功能,在负载突降前,将变频器的频率作适当提升,减少负载侧过多的能量馈入中间直流回路,以减少其引起的过电压故障。

4.采用增加泄放电阻的方法

一般小于7.5kW的变频器在出厂时内部中间直流回路均装有控制单元和泄放电阻,大于7.5kW的变频器需根据实际情况外加控制单元和泄放电阻,为中间直流回路多余能量释放提供通道,是一种常用的泄放能量的方法。其不足之处是能耗高,可能出现频繁投切或长时间投运,致使电阻温度升高、设备损坏。

5.在输入侧增加逆变电路的方法

处理变频器中间直流回路能量最好的方法就是在输入侧增加逆变电路,可以将多余的能量回馈给电网。但逆变桥价格昂贵,技术要求复杂,不是较经济的方法。这样在实际中就限制了它的应用,只有在较高级的场合才使用。

6.采用在中间直流回路上增加适当电容的方法中间直流回路电容对其电压稳定、提高回路承受过电压的能力起着非常重要的作用。适当增大回路的电容量或及时更换运行时间过长且容量下降的电容器是解决变频器过电压的有效方法。这里还包括在设计阶段选用较大容量的变频器的方法,是以增大变频器容量的方法来换取过电压能力的提高。

7.在条件允许的情况下适当降低工频电源电压

目前变频器电源侧一般采用不可控整流桥,电源电压高,中间直流回路电压也高,电源电压为380V、400V、450V时,直流回路电压分别为537V、565V、636V。有的变频器距离变压器很近,变频器输入电压高达400V以上,对变频器中间直流回路承受过电压能力影响很大,在这种情况下,如果条件允许可以将变压器的分接开关放置在低压档,通过适当降低电源电压的方式,达到相对提高变频器过电压能力的目的。

8.多台变频器共用直流母线的方法

至少两台同时运行的变频器共用直流母线可以很好的解决变频器中间直流回路过电压问题,因为任何一台变频器从直流母线上取用的电流一般均大于同时间从外部馈入的多余电流,这样就可以基本上保持共用直流母线的电压。使用共用直流母线存在的最大的问题应是共用直流母线保护上的问题,在利用共用直流母线解决过电压的问题时应注意这一点。

变频器中间直流过电压故障是变频器的一个弱点,关键是要分清原因,结合变频器本身参数、控制系统状况和工艺流程等情况,才能制定相应的对策,只要认真对待,该过电压故障是不难解决的。

【摘要】变频器过电压故障保护是变频器中间直流电压达到危险程度后采取的保护措施,这是变频器设计上的一大缺陷,在变频器实际运行中引起此故障的原因较多,可以采取的措施也较多,在处理此类故障时要分析清楚故障原因,有针对性的采取相应的措施去处理。

变频器论文篇8

山东风光电子有限公司是在多年研制中低压变频器的基础上,综合了国内外高压大功率变频器的多种方案的优缺点,采用最优方案研制成功的,并于2002年12月通过了省级科技成果及产品鉴定,成为国内生产高压大功率变频器的为数较少的几个企业之一。

2国内现生产的高压大功率变频器的方案及优缺点

目前,国内生产的高压大功率变频器中,以2种方案占主流:一种是功率单元串联形成高压的多重化技术;另一种是采用高压模块的三电平结构。而其他的采用高-低-高方案的,由于输出升压变压器技术难度高,成本高,占地面积大,都已基本被淘汰。因此采用高-高方案是高压大功率变频器的主要发展方向。

而高-高方案又分为多重化技术(简称CSML)和三电平(简称NPC)方案,目前有的厂家生产的高压大功率变频器是采用的三电平方案,而大多数厂家则是采用低压模块、多单元串联的多重化技术。这2种方案比较,各有优缺点,主要表现在:

(1)器件

采用CSML方式,器件数量较多,但都是低压器件,不但价格低,而且易购置,更换方便。低压器件的技术也较成熟。而NPC方案,采用器件少,但成本高,且购置困难,维修不方便。

(2)均压问题(包括静态均压和动态均压)

均压是影响高压变频器的重要因素。采用NPC方式,当输出电压较高时(如6kV),单用单个器件不能满足耐压要求,必须采用器件直接串联,这必然带来均压问题,失去三电平结构在均压方面的优势,系统的可靠性也将受到影响。而采用CSML方案则不存在均压问题。唯一存在的是当变频器处于快速制动时,电动机处于发电制动状态,导致单元内直流母线电压上升,各单元的直流母线电压上升程度可能存在差异,通过检测功率单元直流母线电压,当任何单元的直流母线电压超过某一阈值时,自动延长减速时间,以防止直流母线电压上升,即所谓的过压失速防止功能。这种技术在低压变频器中被广泛采用,非常成功。

(3)对电网的谐波污染和功率因数

由于CSML方式输入整流电路的脉波数超过NPC方式,前者在输入谐波方面的优势很明显,因此在综合功率因数方面也有一定的优势

(4)输出波形

NPC方式输出相电压是三电平,线电压是五电平。而CSML方式输出相电压为11电平,线电压为21电平(对五单元串联而言),而且后者的等效开关频率大大高于前者,所以后者在输出波形的质量方面也高于前者。

(5)dv/dt

NPC方式的输出电压跳变台阶为高压直流母线电压的一半,对于6kV输出变频器而言,为4kV左右。CSML方式输出电压跳变台阶为单元的直流母线电压,不会超过1kV,所以前者比后者的差距也是很明显的。

(6)系统效率

就变压器与逆变电路而言,NPC方式与CSML方式效率非常接近。但由于输出波形质量差异,若采用普通电机,前者必须设置输出滤波器,后者不必。而滤波器的存在大约会影响效率的0.5%左右。

(7)四象限运行

NPC方式当输入采用对称的PWM整流电路时,可以实现四象限运行,可用于轧机、卷扬机等设备;而CSML方式则无法实现四象限运行。只能用于风机、水泵类负载。

(8)冗余设计

NPC方式的冗余设计很难实现,而CSML方式可以方便的采用功率单元旁路技术和冗余功率单元设计方案,大大的有利于提高系统的可靠性。

(9)可维护性

除了可靠性之外,可维护性也是衡量高压大功率变频器的优劣的一个重要因素,CSML方式采用模块化设计,更换功率单元时只要拆除3个交流输入端子和2个交流输出端子,以及1个光纤插头,就可以抽出整个单元,十分方便。而NPC方式就不那么方便了。

总之,三电平电压形变频器结构简单,且可作成四象限运行的变频器,应用范围宽。如电压等级较高时,采用器件直接串联,带来均压问题,且存在输出谐波和dv/dt等问题,一般要设置输出滤波器,在电网对谐波失真要求较高时,还要设置输入滤波器。而多重化PWM电压型变频器不存在均压问题,且在输入谐波及dv/dt等方面有明显优势。对于普通的风机、水泵类一般不要求四象限运行的场合,CSML变频器有较广阔的应用前景。这类变频器又被国内外设计者称之为完美无谐波变频器。

我公司的设计人员经过多方探讨,综合各种方案的优缺点,最后选定了完美无谐波变频器的CSML方案作为我们的最佳选择,这就是我们向市场推出的JD-BP37和JD-BP38系列的高压大功率变频器。

3变频器的性能特点

(1)变频器采用多功率单元串联方案,输出波形失真小,可配接普通交流电机,无须输出滤波器。

(2)输入侧采用多重化移相整流技术,电流谐波小,功率因数高。

(3)控制器与功率单元之间的通信用多路并行光纤实现,提高了抗干扰性及可靠性。

(4)控制器中采用一套独立于高压源的电源供电系统,有利于整机调试和操作人员的培训。

(5)采用全中文的Windows彩色液晶显示触摸界面。

(6)主电路模块化设计,安装、调试、维护方便。

(7)完整的故障监测和报警保护功能。

(8)可选择现场控制、远程控制。

(9)内置PID调节器,可开环或闭环运行。

(10)可根据需要打印输出运行报表。

4工作原理

4.1基本原理

本变频器为交-直-交型单元串联多电平电压源变频调速器,原理框图如图1所示。单元数的多少视电压高低而定,本处以每相为8单元,共24单元为例。每个功率单元承受全部的电机电流、1/8的相电压、1/24的输出功率。24个单元在变压器上都有自立独立的三相输入绕组。功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法,目的是实现多重化,降低输入电流的谐波成分。24个二次绕组分成三相位组,互差为20°,以B相为基准,A相8个单元对应的8个二次绕组超前B相20°,C相8个单元对应的8个二次绕组落后B相20°,形成18脉冲整流电路结构。整机原理图如图2所示。

4.2功率单元电路

所有单元都有6支二极管实现三相全波整流,有4个IGBT管构成单相逆变电路。功率单元的主电路如图3所示,4个IGBT管分别用T1、T2、T3、T4表示,它们的门极电压分别是UG1、UG2、UG3、UG4、

每个功率单元的输出都是一样的PWM波。功率单元输出波形如图4所示。逆变器采用多电平移相PWM技术。同一相的功率单元输出完全相同的基准电压(同幅度、同频率、同相位)。多个单元迭加后的输出波形如图5所示。

4.3系统结构与控制

(1)系统结构

整个系统有隔离变压器、3个变频柜和1个控制柜组成,参见图6。

a)隔离变压器

原边为星形接法,副边共有24个独立的三相绕组,为了适应现场的电网情况,变压器原边留有抽头

b)变频柜

A、B、C三相分装在3个柜内,可分别称为A柜、B柜、C柜

c)控制柜

柜内装有控制系统,柜前板上装有控制面板、控制接线排等。由于电压等级和容量的不同,不同机型的单元的数量不同,面板的布置也会有些不同。

4.4系统控制

整机控制系统有16位单片机担任主控,24个功率单元都有一个自己的辅助CPU,由8位单片机担任,此外还有一个CPU,也是8位单片机,负责管理键盘和显示屏。

(1)利用三次谐波补偿技术提高了电源电压利用率。

(2)控制器有一套独立于高压电源的供电体系,在不加高压的情况下,设备各点的波形与加高压情况相同,这给整机可靠性、调试带来了很大方便。

(3)系统采用了先进的载波移相技术,它的特点是单元输出的基波相迭加、谐波彼此相抵消。所以串联后的总输出波形失真特别小。

5现场应用

本公司分别于2002年8月、10月和2003年3月、4月分别在山东莱芜钢铁股份有限公司炼铁厂、辽河油田锦州采油厂、浙江永盛化纤有限公司应用了本公司生产的高压大功率变频器JD-BP37-630F2台、JD-BP38-355、JD-BP37-550F各1台。从运行情况看:

(1)变频器结构紧凑,安装简单

由于变频器所有部分都装在柜里,不需要另外的电抗器、滤波器、补偿电容、启动设备等一系列其他装置,所以体积小,结构紧凑,安装简单,现场配线少,调试方便。

(2)电机及机组运行平稳,各项指标满足工艺要求。

由变频器拖动的电机均为三相普通的异步电动机,在整个运行范围内,电机始终运行平稳,温升正常。风机启动时的噪音及启动电流很小,无任何异常震动和噪音。在调速范围内,轴瓦的最高温升均在允许的范围内。

(3)变频器三相输出波形完美,非常接近正弦波。

经现场测试,变频器的三相输出电压波形、电流波形非常标准,说明变频器完全可以控制一般的普通电动机运行,对电机无特殊要求。

(4)变频器运行情况稳定,性能良好。

该设备投运以来,变频器运行一直十分稳定。设备运行过程中,我公司技术人员对变频器输入变压器的温升,功率单元温升定期巡检,完全正常。输出电压及电流波形正弦度很好,谐波含量极少,效率均高于97%,优于同类进口设备。

(5)运行工况改善,工人劳动强度降低。

变频器可随着生产的需要自动调节电动机的转速,达到最佳效果,工人工作强度大大降低。

(6)变频器操作简单,易于掌握及维护。

变频器的起停,改变运行频率等操作简便,操作人员经过半个小时培训就可以全面掌握。另外,变频器各种功能齐全,十分完善,提高了设备可靠性,而且节电效果明显。以山东莱钢股份有限公司应用的JD-BP37-630F变频器为例,该系统生产周期大约为1h,出铁时间为20min,间隔约40min,系统配置电机的额定电流为80A,根据运行情况,及其它生产线的实际运行情况,预计该电机运行电流应在60A,以变频器上限运行频率45HZ时,电流为45A,间隔时间运行频率20HZ时,电流为20A。根据公式测算节能效果达到42.7%。

6结束语

从这几台这几个月的运行情况看,我公司自行研制生产的高压大功率变频器,运行稳定可靠,节能效果显著,改善了工作人员的工作环境,降低了值班人员的劳动强度。变频器对电机保护功能齐全,减少了维修费用,延长了电机及风机的使用寿命,给用户带来了显著的经济效益,深得用户好评。据专家估计我们国家6kV以上的高压大功率电机约有3万多台,约合650万kW,因此,高压大功率变频器的市场是极其广阔的。

参考文献

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