随着科技的飞速发展, 变频调速在电动机的各种调速方式中占有越来越重要的地位, 其具有回路简单、功率因数高、输出谐波小、起制动平稳、调速范围宽等优点。 1 负载的机械特性与变频器的关系 变频器的正确选择和使用非常关键, 选择变频器时要充分了解变频器所驱动的负载特性, 实践中有恒转矩、恒功率、风机(泵类) 3 种负载。负载的恒功率区和恒转矩区对传动方案的选择有很大的影响。电动机在恒磁通调速时, 最大允许输出转矩不变, 属于恒转矩调速; 而在弱磁调速时, 最大允许输出转矩与速度成反比, 属于恒功率调速。如果电动机的恒转矩和恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒功率范围相一致时, 即所谓匹配的情况下,电动机的容量和变频器的容量均最小, 使控制系统从设计上达到最优。 位能负载除具有恒转矩负载的特性外, 本身还存在位能及惯性, 所以需运转于一、二象限, 与其它传统机械相比有着更为苛刻的安全和性能上的要求, 如要求变频调速传动系统动态响应好, 低速下的转矩足够大, 还要有足够的过载能力。 2 位能负载中变频器的选用原则 2.1 选择具有全速范围内恒转矩特性的变频器根据控制对象的不同, 变频器分为通用型和专用型, 专用变频器主要有风机泵类型、电梯专用变频器等, 通用变频器的应用领域比较广泛。不同的厂家及同一厂家的不同型号的通用变频器的性能有很大差异, 根据位能负载的特性, 应选择具有全速范围内恒转矩特性的通用变频器。日本安川VS - 616G5 变频器在V/ F 控制方式下能提供3Hz 时150 %的起动力矩, 矢量控制方式下, 不带速度反馈能提供1Hz 时150 %的起动力矩, 带速度反馈能提供零速时150 %的起动力矩。而Vacon NXS 变频器的核心采用了自适应电机模型和高级ASIC 电路特性的无传感器矢量控制技术。最大起动转矩可达到200 % (与电机和变频器的选型有关) , 尤其适合多电机驱动系统。Vacon NXS 变频器转矩没有任何波动, 这在齿轮传动的驱动系统中相当重要。当使用转矩控制方式时, 用一个参数来准确设置转矩响应时间可以避免由齿轮及联轴器太频繁的振动引起的应力。 2.2 变频器功率选择 1) 选择变频器时应以电机实际电流值作为变频器选择的依据, 电机的额定功率只能作为参考。 另外, 应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波, 会使电动机的功率因数和效率变坏。因此, 用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较, 电动机的电流会增加10 %而温升会增加20 %左右。所以在选择电动机和变频器时, 应考虑到这种情况, 适当留有余量, 以防止温升过高, 影响电动机的使用寿命。 2) YZ 和YZR 系列电动机的过载力矩一般为212～218 倍, 为了充分发挥电动机的负载能力,提高位能负载设备的安全性能, 采用变频器进行控制后, 必须保证变频器—电动机系统具有212～218 倍的过载能力。由于普通变频器的过载能力一般为150 %额定载荷时能运行1min , 瞬态过载力矩只能达到180 %～200 % , 因此必须提高所适配的变频器容量, 以便提高变频器—电动机系统的瞬时过载能力。只要把变频器的容量提高20 %左右,即可使变频器—电动机系统的瞬时过载能力提高到210～214 倍, 基本满足要求。因此, 应选择变频器额定容量为电动机额定容量的120 %以上, 即把变频器的容量提高一个等级。 3) 当变频器驱动绕线转子异步电动机时, 大多是利用原来的电动机。绕线电动机与普通的鼠笼电动机相比, 绕线电动机绕组的阻抗小。因此, 容易发生由纹波电流引起的过电流跳闸现象, 所以应选择比通常容量稍大的变频器。一般绕线电动机多用于飞轮力矩较大的场合, 在设定加减速时间时应多注意。 4) 变频器与电机之间需要长电缆时, 应该采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响, 避免变频器出力不够。所以变频器应放大一两档或在变频器的输出端安装输出电抗器。 3 注意事项 变频器必须能满足位能负载工作于第二象限的需求, 即工作于再生发电状态, 在这种情况下, 异步电动机将成为异步发电机, 而负载的机械能将被转换为电能并被馈还给变频器。此时, 不同类型的变频器工作状态不同, 控制电路的设计应根据不同类型的变频器采取相应的措施, 以使电动机在再生状态下安全、平稳运行。下面就采用电流源型逆变器和电压源型逆变器两种类型变频器分别介绍。 3.1 电流源型逆变器 电流源型逆变器是在直流回路中串联大电感以吸收无功功率以及平滑整流电路的输出电流, 当电机再生制动时, 可使整流器晶闸管的控制角大于90°, 输出的整流电压极性与电动状态时相反。而直流回路电流的方向由于大电感的作用仍维持不变, 这时能量便从电机侧流向电源侧。所以电流源型逆变器主回路不需附加任何设备就可实现电机的四象限运行。 3.2 电压源型逆变器 电压源型逆变器是在直流回路中并联大电容以吸收无功功率以及平滑整流电路的输出电压, 因电容的电压极性难以改变, 为了将回馈能量释放掉,有以下3 种方式。 1) 增加一组反并联的整流器, 使再生制动经过反馈二极管的电流能反馈入交流电网, 由于不经济而很少采用。 2) 采用由制动单元和制动电阻组成的再生制动电路, 将回馈能量通过制动电阻以热能的形式消耗掉。因位能负载比其它负载的回馈能量大, 特别是当由高速状态快速停机时减速度大, 回馈能量会更大, 选用制动电阻功率时, 制动单元使用手册提供的功率数值只能做为参考值, 应根据位能负载设备负荷惯性、制动频率等特性加大制动电阻功率,以满负荷正常运行时变频器不出现过电压为准。 3) 采用外加电能回馈单元使再生制动电流能反馈入交流电网。 4 变频调速系统的抗干扰措施 在使用变频器时, 除严格按产品使用说明书的要求去做, 还应注意以下几点。 1) 当对主电源电网的情况不了解时, 最好加进线电抗器。进线电抗器用于降低由变频器产生的谐波, 同时也可用于增加电源阻抗, 并帮助吸收附近设备投入工作时产生的浪涌电压和主电源的电压尖峰。进线电抗器串接在电源和变频器功率输入端之间。如果还使用了RFI 滤波器, 则RFI 滤波器应串接在进线电抗器和变频器之间。 2) 在通断感性元件时, 产生的瞬变电压有时高达4kV , 频率达200MHz。为了减少变频器控制柜中的噪声对变频器的干扰, 确保控制柜中的接触器有灭弧功能, 交流接触器应采用R - C 抑制器。
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