变频器输出电缆上传输的PWM电压,同样包含丰富的高频的成分,会产生电磁波辐射,形成辐射干扰。辐射干扰的特征是,当其他电子设备靠近变频器时,干扰现象变得严重。如何解决干扰问题呢。变频器干扰处理方法对变频器产生的谐波进行抑制处理,可选的滤波产品有变频器输入滤波器变频器输出滤波器变频器输入电抗器变频器输出电抗器等。在输入电路内串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。此外,为防止变频器干扰信号和控制回路,需要给控制器仪表和工控机采用单独的隔离电源进行供电。
其实在现场简单方法是将仪表远离变频器。但是也不都能排除干扰,方法还是要一个个试的。变频器要采用单点接地,好是短而粗的线进行接地;传感器的信号线,采用双脚屏蔽线,并将屏蔽层用电缆夹进行接地。在传感器的电源上加装电源滤波器滤波磁环,或者是隔离器等进行隔离。频器控制方式低压通用变频输出电压为~V,输出功率为~kW,工作频率为~Hz,它的主电路都采用交—直—交电路。其控制方式经历了以下四代。U/f=C的正弦脉宽调制SPWM)控制方式其特点是控制电路结构简单成本较低,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求,已在产业的各个领域得到广泛应用。
但是,这种控方式在低频时,由于输出电压较低,转矩受定子电阻压降的影响比较,使输出大转矩减小。另外,其机械特性终究没有直流电动机硬,动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意,且系统性能不高控制曲线会随负载的变化而变化,转矩响应慢电机转矩利用率不高,低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降,稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。电压空间矢量SVPWM)控制方式它是以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,一次生成三相调制波形,以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。
经实践使用后又有所改进,即引入频率补偿,能速度控制的误差;通过反馈估算磁链幅值,低速时定子电阻的影响;将输出电压电流闭环,以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多,且没有引入转矩的调节,所以系统性能没有得到根本改善。矢量控制VC)方式矢量控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IaIbIc通过三相-二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流IaIb,再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流ImItIm相当于直流电动机的励磁电流;It相当于与转矩成正比的电枢电流),然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。
其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度,磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中,由于转子磁链难以准确观测,系统特性受电动机参数的影响较大,且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂,使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。直接转矩控制DTC)方式年,德国鲁尔大学的DePenbrock教授提出了直接转矩控制变频技术。
该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足,并以新颖的控制思想简洁明了的系统结构的动静态性能得到了迅速发展。目前,该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机,因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制,也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。矩阵式交—交控制方式VVVF变频矢量控制变频直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。
其共同缺点是输入功率因数低,谐波电流大,直流电路需要大的储能电容,再生能量又不能反馈回电网,即不能进行四象限运行。为此,矩阵式交—交变频应运而生。由于矩阵式交—交变频省去了中间直流环节,从而省去了体积大价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l,输入电流为正弦且能四象限运行,系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟,但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流磁链等量,而是把转矩直接作为被控制量来实现的。
--具体方法是控制定子磁链引入定子磁链观测器,实现无速度传感器方式;自动识别ID)依靠的电机数学模型,对电机参数自动识别;算出实际值对应定子阻抗互感磁饱和因素惯量等算出实际的转矩定子磁链转子速度进行实时控制;实现Band—Band控制按磁链和转矩的Band—Band控制产生PWM信号,对逆变器开关状态进行控制。变频器在哪些情况下需要配制动电阻。变频器配制动电阻,主要是想通过制动电阻来消耗掉直流母线电容上的一部分能量,避免电容的电压过高。
理论上如果电容存储的能量多,可以用来释放出来驱动电机,避免能量浪费,但是电容的容量有限,而电容的耐压也是有限的,当母线电容的电压高到程度,就可能会损坏电容了,有些还可能损坏IGBT,所以需要及时通过制动电阻来释放电,这种释放,是白白浪费掉的,是一种没有办法的做法。母线电容是个缓冲区,容纳能量有限三相交流电全部整流后,接入电容,满载运行时候,母线正常的电压大约是倍,*=伏,这个电压当然会实时波动的,但是低不能低于伏,否则会欠压报警保护。
母线电容一般是两组V电解电容串联而成,理论耐压是V,如果母线电压超过这个值,电容会直接爆掉了,所以母线电压是无论如何都不能达到伏这么高压的。实际上,三相伏输入的IGBT的耐压值是伏,往往要求工作在伏以内,考虑到电压如果升高,都会有个惯性问题,也就是你马上让制动电阻工作了,母线电压也不会很快降低下来,所以很多变频器,都是设计在伏左右就通过制动单元让制动电阻开始工作,让母线电压降低下来,避免往上继续冲。
所以制动电阻设计,核心就是考虑到电容和IGBT模块的耐压问题,避免这两大重要的器件被母线的高电压冲坏掉了,这两类元件如果坏掉了,变频器也就无常工作了。快速停车要制动电阻,瞬间加速也需要变频器母线电压之所以会变高,很多时候是变频器让电机工作在电子制动状态,让IGBT通过的导通顺序,利用电机是大电感电流不能突变,瞬间产生高压来往母线电容充电,这时候让电机快点降低速度下来。如果这时候没有制动电阻及时消耗掉母线的能量,母线电压将会持续变高而威胁变频器的了。
如果负载不是很重,也没有什么快速停车要求,这种场合是不需要使用制动电阻的,即使你装了制动电阻,制动单元的工作阀值电压没有被触发,制动电阻也不会投入工作。除了大负荷减速场合需要增加制动电阻和制动单元来快速刹车外,实际上如果符合比较重,启动时间时间要求非常快那种,也需要制动单元和制动电阻来配合启动的,以往我试过用变频器带动一种特殊的冲床,要求把变频器的加速时间设计成秒,这时候满负荷启动,虽然负荷并不是非常重,但是因为加速时间太短了,这时候母线电压波动非常厉害,也会出现过压或者过流的情况,后来增加了外置的制动单元和制动电阻,变频器就能正常工作了。
分析起来,是因为启动时间太短,母线电容的电压瞬间被掏空了,而整流器瞬间有大的电流充进来,引起母线电压突然变高,这样母线的电压波动太厉害,瞬间可能会超过了伏,加上了制动电阻,就可以及时这个波动的高压,让变频器工作在正常状态。还有一种特殊的情况,是矢量控制场合,电机的扭矩和速度方向相反,或者工作在零转速扭矩输出的场合,比如吊机掉了重物停在半空中,收放卷场合需要力矩控制,都需要让电机工作在发电机状态,源源不断的电流会反充到母线电容中,通过制动电阻,就可以及时消耗掉这些能量,保持母线电压平衡稳定了。