變頻調速技術論文(編輯修改稿)
2024-12-09 13:10 本頁面
【文章內容簡介】 器的直流回路中 ,使直流電壓不斷上升 ,可能達到危險地步。因此必須將再生到直流回路的能量消耗。制動電阻就是用來消耗再生能源的。 制動單元 :由 GTR 或 IGBT 及其驅動電路構成開關作用 ,為再生能源流經制動電阻提供通路 。 [11] 整流 逆 變 濾波 電壓采樣 控制電源 驅動電路 電流采樣 鍵盤 主控電路 限流電阻 。 C RST UVW 制動 外接輸入 外接輸出 課程論文 —— 變頻調速技術 7 變頻器的分類 按變換的環(huán)節(jié)分類 ① 交 直 交變頻器 ： 先把工頻交流通過整流器變成直流，然后再把直流變換成頻率電壓可調的交流，又稱間接式變頻器，是目前廣泛應用的通用型變頻器。 ② 交 交變頻器 ：將工頻交流直接變換成頻率電壓可調交流，又稱直接式變頻器。 按直流電源性質分類 ① 電壓型變頻器 ： 電壓型變頻器特點是中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用大電容，負載的無功功率將由它來緩沖，直流電壓比較平穩(wěn)，直流電源內阻較小，相當于電壓源，故稱電壓型變頻器，常選用于負載電壓變化較大的場合。 ② 電流型變頻器 ： 電流型變頻器特點是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲能環(huán)節(jié)，緩沖無功功率，即扼制電流的變化，使電壓接近正弦波，由于該直流內阻較大，故稱電流源型變頻器。電流型變頻器的 優(yōu)點 是能扼制負載電流頻繁而急劇的變化。常選用于負載電流變化較大的場合。 變頻器 控制方式 目前變頻器對電 動機的控制方式大體可分為 U/f 恒定控制，轉差頻率控制，矢量控制，直接轉矩控制，非線性控制。 U/f=Φ的正弦脈寬調制 (SPWM） 的控制方式 ① U/f 恒定控制是在改變電動機電源頻率的同時改變電動機電源的電壓，使電動機磁通保持一定，在較寬的調速范圍內，電動機的效率，功率因素不下降。這種調節(jié)轉速的方法我們稱為 VVVF 控制，因為是控制電壓與頻率之比，簡稱為U/f 控制。 ② 變頻空調器是通過對 PWM（ PlueWidth Modulation,脈 寬調制）的技術在逆變器中的運用，實現 v/f 變頻控制。由于 PWM 輸出的電壓波形和電流波形都是非正弦波，具有很多高次諧波成分，這樣使的電動機的能量不能充分選用，增加了損耗。為了使輸出的波形接近與正弦，提出了正弦脈寬調制（ SPWM） 。 課程論文 —— 變頻調速技術 8 ③ 所謂 SPWM，簡單的說，就是在進行脈寬調制時，使脈沖序列的占空比按照正弦波的規(guī)律進行，即當正弦波幅值為最大時，脈沖的寬度也最大，當正弦波幅值為最小時，脈沖的寬度也最小。這樣，輸出的電動機的脈沖序列就可以使得負載中的電流高次諧波成分大為減少，從而提高 了電動機的效率。 SPWM 波形的特點概括起來就是“等幅不等寬，兩頭窄中間寬”。 [9] 電壓空間矢量（ SVPWM） 控制方式 它是以三相波形整體生成效果為前提，一逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的，一次生成三相調制波形，以內切多邊行逼近圓的方式進行控制的。 轉差頻率控制 它是施加與電動機的交流電源頻率與電動機速度的差頻率。轉差頻率控制就是通過控制轉差頻率來控制轉矩和電流。需要檢測出電機轉速，構成速度閉環(huán)，速度調節(jié)器的輸出為轉差頻率，然后以電動機的速度與轉差頻率之和做為變頻器的給定頻率。 矢量控制方式 矢量控制，也稱磁場定向控制。其實質是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。 直接轉矩控制 直接轉矩控制不是通過控制電流。磁鏈等量間接控制轉矩，而是直接把轉矩作為被控量來控制。通過引入定子磁鏈觀察器估算出同步速度信息， 實現無速度傳感器直接轉矩控制。 上述的 VVVF 變頻，矢量控制變頻，直接轉矩控制變頻都是交 直 交變頻中的控制方式。其共同缺點是輸入功率因素低，諧波電流大，直流電路需要大的蓄能電容，再生能源不能反饋回電網，只能通過制動單元消耗掉。 變頻 調速 的作用 變頻調速能夠應用在大部分的電機拖動場合，由于它能提供精確的速度控制，課程論文 —— 變頻調速技術 9 因此可以方便地控制機械傳動的上升、下降和變速運行。變頻應用可以大大地提高工藝的高效性 (變速不依賴于機械部分 )，同時可以比原來的定速運行電機更加節(jié)能。 控制電機的啟動電流 當電 機通過工頻直接啟動時，它將會產生 7 到 8 倍的電機額定電流。這個電流值將大大增加電機繞組的電應力并產生熱量，從而降低電機的壽命。而變頻調速則可以在零速零電壓啟動 (也可適當加轉矩提升 )。一旦頻率和電壓的關系建立，變頻器就可以按照 V/F 或矢量控制方式帶動負載進行工作。使用變頻調速能充分降低啟動電流，提高繞組承受力，用戶最直接的好處就是電機的維護成本將進一步降低、電機的壽命則相應增加。 降低電力線路電壓波動 在電機工頻啟動時，電流劇增的同時，電壓也會大幅度波動，電壓下降的幅度將取決于啟動電機的功率大小和 配電網的容量。電壓下降將會導致同一供電網絡中的電壓敏感設備故障跳閘或工作異常，如 PC 機、傳感器、接近開關和接觸器等均會動作出錯。而采用變頻調速后，由于能在零頻零壓時逐步啟動，則能最大程度上消除電壓下降。 啟動時需要的功率更低 電機功率與電流和電壓的乘積成正比 , 那么通過工頻直接啟動的電機消耗的功率將大大高于變頻啟動所需要的功率。在一些工況下其配電系統(tǒng)已經達到了最高極限，其直接工頻啟動電機所產生的電涌就會對同網上的其他用戶產生嚴重的影響 , 從而將受到電網運行商的警告 , 甚至罰款。如果采用變頻器進 行電機起停 , 就不會產生類似的問題。 可控的加速功能 變頻調速能在零速啟動并按照用戶的需要進行均勻地加速，而且其加速曲線也可以選擇 (直線加速、 S 形加速或者自動加速 )。而通過工頻啟動時對電機或相連的機械部分軸或齒輪都會產生劇烈的振動。這種振動將進一步加劇機械磨損和損耗，降低機械部件和電機的壽命。另外，變頻啟動還能應用在類似灌裝線上，課程論文 —— 變頻調速技術 10 以防止瓶子倒翻或損壞。 可調的運行速度 運用變頻調速能優(yōu)化工藝過程，并能根據工藝過程迅速改變，還能通過遠控PLC 或其他控制器來實現速度變化。 可調的轉矩極限 通過變頻調速后，能夠設置相應的轉矩極限來保護機械不致?lián)p壞，從而保證工藝過程的連續(xù)性和產品的可靠性。目前的變頻技術使得不僅轉矩極限可調，甚至轉矩的控制精度都能達到 3％～ 5％左右。在工頻狀態(tài)下，電機只能通過檢測電流值或熱保護來進行控制，而無法像在變頻控制一樣設置精確的轉矩值來動作。 受控的停止方式 如同可控的加速一樣 , 在變頻調速中 , 停止方式可以受控，并且有不同的停止方式可以選擇 (減速停車、自由停車、減速停車＋直流制動 )，同樣它能減少對機械部件和電機的沖擊，從而使整個系統(tǒng)更加 可靠，壽命也會相應增加。 節(jié)能 離心風機或水泵采用變頻器
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