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浅谈变频器的选择及使用中出现的问题

时间:2021-10-25   访问量:1001

      变频器在工业生产中应用范围越来越广。变频器在工艺流程中的使用,不但提高了产品质量,增加产量,保证了工艺要求,而且还能节约用电。氧化铝生产流程长,工艺复杂,许多地方需要使用变频调速来达到工艺要求。根据近些年的设计经验和对现场使用情况的了解,笔者就变频器的选择和使用中出现的一些问题谈点看法。

      变频器的选择1.1调速对象的基本情况1.1.1负载力矩在工艺上提出要调速的负荷后,首先要了解这种负荷的力矩特性,力矩特性不同选择变频器的种类就不一样。电动机的机械负载转矩特性根据下列关系式决定:式中:P―――电动机功率,kW转矩T与转速n的关系根据负载种类大体可分为3种。

   1)即使速度变化转矩也不大变化的恒转负载,如图1(a)所示。此类负载如传送带、起重机、台车、挤压机、压缩机、罗茨风机等。

   2)随着转速的降低,转矩按转速的平方减小的负载,如图1(b)所示。此类负载如风机、各种液体泵等。

   3)转速越高,转矩越小的恒功率负载,如图1(c)所示。此类负载如扎机、机床主轴、卷取机等。

      电机型式与参数电机型式不一样选择变频器也不一样,大体分为鼠笼型、绕线型两种,应用场合有高速与低速之分,联轴器有齿轮传动,还有防爆、制动等。另外,还要了解电机的相数、转速、额定电压和电流等。调速参数首先要了解调速范围,从频率上分0~400Hz与50~2000Hz,凡是在50Hz额定频率以上调节的多半为恒功率负载。其次是了解调速精度,调节响应的快慢。要了解变频器接入配电网变压器容量以及电压不平衡率接入变频器的同一电源母线上是否接有功率因数补偿电容及其他整流装置接入变频器的同一电源母线上是否接有其也怕干扰的电子设备。

变频器的选择1.2.1变频器分类变频器可分为交直交变频和交交变频两大类,其主要特性比较如表1.

比较内容变频器类型交交变频器交直交变频器换能方式一次换能,效率较高二次换能,效率略低换流方式电源电压换流强迫换流或负载换流元件数量较多较少元件利用率较低较高调频范围较高输出频率为电源频率的1频率调节范围宽电源功率因数较低如用可控整流桥调压,则低频低压时功率因数较低,如用斩波器或是PWM方式调压,则功率因数高适合场合低速大功率传动各种传动装置,稳频稳压电源和不间断电源注:①指一般的采用电源电压换流的交交变频器1.2.2变频器型式的选择⑴通用型:这类变频器主要用于恒转矩、恒功率负载。其起动转矩只有50以上,制动转矩20以上,专用于风机、泵节能。

⑶专用型:这类变频器主要用于电梯、轴承磨床等特殊负载。

 

1.2.3变频器控制方式选择根据控制对象要求的调速范围,调速精度,响应速度来选择变频器的控制方式。变频器的控制方式目前大致有4种。

 

⑴基本的V/f常数控制方式。这种方式是开环控制,维持磁通为常数,用正弦波脉宽调制SPWM控制,可用于平方减转矩负载,或恒转矩负载,低速范围要采取补偿,调速范围窄,调速精度不高,响应慢。

 

⑵转差频率控制。转差频率控制是检出电动机的转速相对应的频率与转差频率的和来给定变频器的输出,能控制与转差率有直接关系的转矩、电流。

 

这种控制比V/f控制的调速范围宽一些,精度高一些,响应快一点,但易受干扰,稳定性较低。

 

⑶矢量控制。这种控制比前两种控制完善的多,调速范围宽,低速范围起动力矩高,精度高达0.01,响应很快,高精度调速都采用矢量控制变频⑷转矩矢量控制。这种控制方式是目前先进的控制方式,它不同于前3种,前3种是模拟直流电动机的参数,进行保角变换而进行调节控制的,转矩矢量控制是直接取交流电动机参数进行控制,控制简单,准确度要求处理速度非常快,处理器DSP及很多硬件都是高速器件,价格较贵,目前国外一些公司有此产品,但未能推广。

 

1.2.4变频器参数选择根据电动机的电压、电流、功率选择变频器的参数。

 

⑴电流。电动机的额定电流是指正弦50Hz电源的电流,而变频器标定的额定电流输出是指锯齿正弦包络线的电流,而且这个电流是按4电动机计算的,因此在电流选择时考虑I变=1.1I电,对于多电动机检验变频器的电流是否足够。

 

⑵电压。有单相V,三相380V等的变频器,也有高压6kV/10kV变频器,这要根据电动机的电压而定。

 

⑶现在变频器表示的容量,是指适配电动机容量,但要根据负载的性质而定,好采用大的容量。

 

1.2.5选择变频器用的逆变元件变频器关键的逆变元件与变频器的性能密切相关。现在市面上国外生产的变频器逆变元件有以下几种:⑴逆变元件为电力晶体管的GTR.这种逆变元件是电流驱动、发热量大、体积大、噪音大、调制频率低,但价格较便宜,是淘汰产品,但在市面上流行。

 

⑵绝缘栅双晶体管IGBT.这种逆变元件为电压驱动、发热小、体积小、调制频率高,噪音低,是较为理想的产品,也是目前较为先进的商品。

 

⑶逆变元件智能功率模块IPM.这种逆变元件在TGBT的芯片上把驱动电路和保护电路集成在一个芯片上的智能化功率模块(IPM),可靠性高、体积很小、噪音低、是世界先进产品,但目前功率只做到55kW.

 

2存在问题无论哪种型式的变频器所提供的变频电源,都有大量的高次谐波,使电机处于非正弦波和非工频下运行,而以往的电机又是按正弦波、工频电源设计的,因此在变频器电机系统中运行的电机便出现了许多问题。

 

⑴损耗增加、效率降低。定子电流中迭加的高次谐波使定子铜损增加,有源滤波器而转子导条尺寸较大,转子中的高频电流所引起的集肤效应可使转子电阻的损耗增加许多倍,增加了转子铜损。与此相应,电机的效率也有所降低,输出功率有所减少。据1台kW,4电机温升实验表明,在温升相同时,逆变的供电输出功率为一般电机的87

 

⑵转矩脉冲、振动、噪声增加。电机齿槽引起的空间高次谐波和变频器波形畸变产生的时间高次谐波相互迭加,使电机气隙中的磁通含有各种高次谐波,这些谐波将使电机的输出转矩脉动的影响更为明显,致使电机转速不均而有步进感。当电机的某些部分由于高次谐波转矩的激发而发生局部共振时,将导致电机振动、噪声增加。

 

⑶电机温升高。一般电机的冷却都是通过与转子同轴的风扇实现的。而变频调速的电机在低速运转时,冷却效果降低,致使电机温升明显偏高,甚至会超过F级绝缘的允许温升。

 

⑷电机过电压。逆变器换流时可产生冲击尖峰电压,这将引起电机绕组的过电压。

 

3结语为了获得良好的变频调速系统,设计时在正确选择变频器的同时,还考虑变频器谐波对电机产生的不良影响,并采取相应的对策,否则传动系统便不能可靠地运行,甚至影响生产。

 

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