交流变频调速技术及应用

交流变频调速技术及应用 交流变频调速技术及应用 科技信息.机械与电子oSCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2008年第22期 交流变频调速技术及应用 胡春媛鲍威马涛周云翔 (中冶东北建设有限公司电气安装工程公司调试研究所辽宁鞍山114003) 【摘要】自从以电力电子器件,微电子器件技术和控制技术等为基础的变频调速技术有了突破性的进展,从此交流调速进入了一个崭新 时代.本文着重论述了通用变频器的原理,并以西门子440变频器为例,介绍变频器在营口中板厂132m2烧结机工程中梭式布料器上的应用 【关键词】交流变频调速技术 1.通用变频器的原理 1.1概述 直流调速系统具有优良的静动态性能指标.长时期内占据调速系 统的主流,但也有维修工作量大,事故率高;使用环境受限;大容量受 换相条件制约等缺点【l】.自从上世纪70年代以来,以电力电子器件, 微电子器件技术和控制技术等为基础的变频调速技术,有了突破性的 进展,生产出满足变频调速要求的变频器,从此交流调速进入了一个 崭新时代.为了与以前传统的交流调速相区别,人们通常把实现变频 调速为特征的交流调速称为近代交流调速. 1.1.1采用变频调速技术的目的及其效益 (1)节约电能是变频调速技术最典型的例子,风机和泵类机械在 生产中应用的特点可以用面广,量大,耗电多来概括.以风机和泵类机 械的节电工作作为推广电动机变频调速的突破口.改变长期以来利用 档板或阀门调节风量流量,造成浪费大量电能的不合理现象,目前这 项工作在我国已经取得较好的效果. (2)提高生产率 利用变频调速技术,可以实现提高生产率的多种措施.诸如保证 加工工艺中的最佳转速;选择适应负载不同工况的最佳转速;利用低 速,实现高精度准确停车,缩短生产过程中间歇时间等. (3)提高产品质量 例如加工机械可选择加工对象的最佳速度;运输带生产机械可达 到平滑的加,减速;造纸,塑料生产机械可满足高精度的转矩控制等. 完全可以达到甚至超过直流电动机系统的性能指标. (4)适应和改善工作环境 变频调速装置能用在有爆炸性的气体和可燃性溶剂的生产设备: 用在有腐蚀性和户外潮湿的工作环境;大大减少环境的机械噪声,在 很多行业.这方面呼声很高. 1.1-2变调速技术的展望 1.变频调速应用领域将不断扩大.随着科学技术的进步,大功率 电力电子技术的迅速发展,大规模集成电路和微机技术的突飞猛进, 交流电动机变频技术已日趋完善,变频调速器用于交流异步电动机调 速.其性能胜过以往任何一种交流调速方式,已成为电动机调速最新 潮流.国内外交流变频调速已广泛在钢铁,冶金,石油,化工,纺织,印 染,医药,造纸,卷烟,高层建筑供水,建材及机械行业应用,功率大到 上万千瓦的轧钢机.小到只有几十瓦的公园喷水头,从工厂装备到家 用电器.应用范围相当广阔,并且还将继续扩大. 2.变频器自八十年代初以来,变频技术的发展主要有以下几个趋 势: (1)大功率开关器件更新换代速度加快,电压,电流频率定额不断 提高.开关损耗不断减少,开关频率不断提高,最近几年已经推出比双 极晶体管(BJT)更新的绝缘栅双极晶体管(IGBT)已经在新一代的变 频器上大量应用,而且IGBT它本身也在换代,最新的是第三代. (2)变频器产品系列化,通用化,小型化,目前在市场已可看到用 于一般产业用和用于风机和泵类的两个系列,功率从0.4千瓦到280 千瓦.产品不同功率都统一了功能,统一了性能,统一了式样,统一了 端子符号,统一功能码 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 等;方便了 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 和维修.由于集成电路的高 密度和冷却技术的高效率,产品实现了小型化,体积只有过去的60% (3)性能智能化:新产品采用了对电动机的最先进的转矩矢量控 制.能获得与负载自动适应的电机转矩;低速时提高起动转矩,大幅度 提高转矩响应速度等. (4)装置功能多样化:提供便于安全,便于操作的显示器,监视器, 测试器,各种完善的保护环节,便于维护更换的模块和器件等. 1.2变频器的简单原理 在交流异步电动机的诸多调速方法中,变频调速的性能最好.调 速范围大,静态稳定性好,运行效率高,采用通用变频器对笼型异步电 机进行调速控制,由于使用方便,可靠性高并且经济效益显着,所以逐 步得到推广. I.2.1变频调速的基本控制方式 异步电机同步转速,即旋转磁场的速度为:nl=60fl/P,式中nl为 同步转速(r/min);fl为定子频率(Hz);P为磁极对数. 而异步电机的轴转速度为:n=nl(1一S)=60f1(1-S)/P,式中S为异步电 动机的转差率,S=(nl—n)/nl 由此可知,改变异步电动机的供电频率,就可以改变其同步转速, 实现调速运行. 对异步电动机进行调速控制时.希望电动机的主磁通保持额定值 不变.磁通太弱,铁心利用不充分,同样的转子电流下,电磁转矩小,电 机的负载能力下降;磁通太强,则处于过励状态,使励磁电流过大,这 就限制了定子电流的分量,使电动机不过热,负载能力也要下降.异步 电动机的气隙磁通(主磁通)是定,转子合成磁动势产生的,下面说明 怎样才能使气隙磁通保持恒定. 由电机理论知道,三相电异步电动机定子每相电动势的有效值 为:El=4.44flNlqSm.式中E1为定子每相由气隙磁通感应的电动势的 方均根值(V);fl为定子频率(Hz);N1为定子相绕组有效匝数;中m为 每极磁通量(Wb). 由上式可见.中m的值是由El和f1共同决定的,对E1和f1进行 适当的控制,就可以使气隙磁通保持额定值不变.下面分两种情况说 明: 交流电动机变频调速机械特性 (1)基频以下的恒磁通变频调速:这是考虑从基频(电动机额定频 率fiN)向下调速的情况.为了保持气隙磁通m不变,这就要求降低 供电频率的同时降低感应电动势,保持E1/fl=常数,即保持电动势与 频率之比为常数进行控制.这种控制又称为恒磁通变频调速,属于恒 转矩调速方式. 但E1难于直接检测和控制,当E1和f1的值较高时,定子的漏阻 抗压降相对比较小,如忽略不记,则可近似地保持定子相电压u1和频 率f1的比值为常数,即认为U1=El,保持U1/fl=常数即可.这就是恒 压频比控制方式.是近似恒磁通控制. (2)基频以上的弱磁变频调速:这是考虑从基频(电动机额定频率 fiN)向上调速的情况.频率由额定值fiN向上增大,但电压U1受额定 电压U1N的限制不能再提高,只能保持UI=U1N不变.必然会使主磁 通随着f1的上升而减小,相当于直流电动机弱磁调速情况,属于近似 的恒功率调速方式. 由上可知,异步电动机的变频控制必须按照一定的规律同时改变 81 科技信息0机械与电子OSCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2008年第22期 其定子电压和频率.即必须通过变频装置获得电压频率可调节的供电 电源.实现所谓的VVVF调速控制.通用变频器可适应这种异步电动 机变频调速的基本要求. 1.2.2变频器的基本构成, 变频器分为交一交和交一直一交两种形式.交一交变频器可将工频 交流直接变换成频率,电压均可控制的交流,又称为直接式变频器.而 交一直一交变频器则是借助微电子器件,电力电子器件和控制技术,先 将工频交流电源经过整流器变成直流电.再由电力电子器件逆变为频 率,电压可控制的交流电源,它又称为间接式变频器日.通用变频器主 要研究交一直一交变频器,其基本构成如下图所示. 变频器由主电路(包括整流器,中间直流环节,逆变器)和控制回 路组成. (1)整流器(网侧变流器I):它的作用是把三相(rE可以是单相)交 流电源整流成直流. (2)逆变器(负载侧变流器II):作用与整流器相反,是将直流电逆 变为电压和频率可变的交流电,实现交流电机变频调速.最常见的结 构形式是利用六个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路,有规 律地控制逆变器中主开关器件的通和断.得到任意频率的三相交流电 输出. (3)中间直流环节:由于逆变器的负载为异步电动机,属于感性负 载.无论电动机处于电动或发电制动状态,其功率因数总不会为1.因 此在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换.这种无功能 量要靠中问直流环节的储能元件(电容器或电抗器)来缓冲.所以又常 称为中间直流储能环节. (4)控制电路:常由运算电路,检测电路,控制信号的输入输出电 路,驱动电路,保护电路等组成,均采用大规模集成电路,其主要任务 是完成对逆变器的开关控制,对整流器的电压控制及完成各种保护功 能等.高性能变频器常采用微型计算机进行全数字控制,尽可能用简 单的硬件电路,主要靠软件来完成各种功能.由于软件的灵活性,数字 控制方式常可以完成模拟控制方式难以完成的功能. 1.3变频器的分类(主要指间接式变频器) 1_3.1按直流电源分类 分为电流型变频器和电压型变频器. 1.3.2按输出电压调节方式分类 分为PAM(脉冲幅值调节方式)和PWM(脉冲宽度调制方式). 1.3.3按控制方式分类 分为Uff(VVVF变频变压方式)控制,转差频率控制和矢量控制. l_3.4按主开关器件分类 分为IGBT(绝缘栅双极型晶体管),BJT(双极晶体管)和GTO【可 关断晶闸管). 1.3.5按负载类型分类 分为风机,泵类负载,恒转矩负载和恒功率负载. 2.变频器在营口中板厂132m2烧结机工程中梭式布料器 上的应用 2.1梭式布料器运行特点 梭式布料器是烧结工程中比较重要的传动机构,具有行程短,往 返频繁,需要根据烧结厚度调节运行速度等特点.根据梭式布料器的 特点,我们选择了西门子MicroMaster440变频器作为调速装置. 2.2MicroMaster440变频器的参数设置 1)m3o4[o](电机额定电压)=依据铭牌 2)P0305f01(电机额定电流)=依据铭牌 3)PO307『01(电机额定功率)=依据铭牌 4)P031O【0](电机额定频率)=依据铭牌 5)P0311『O1(电机额定速度)=依据铭牌 6)P0700[0](J~命令源)=2(由端子排输入) 7)PlO00[O](选择频率设定源)=27(模拟设定值2+模拟设定值) 8)P1~2o[o1(斜坡上升时间)=1O 9)P112110](斜坡下降时间1=2 10)P0701[0](数字输入1功能)=1(接通正转,停车命令1) 11)P0702[0](数字输入2功能)=2(接通反转,停车命令1) 12)I)073110](数字输出1功能):52.3(变频器故障,o闭合) 13)P0733[01(数字输出3功能)=52.2(变频器运行,0闭合) 14)P0756[1](模拟输入2类型)=2(单极性电流输人4,2Oma) 15)1'075711](模拟输入2的x1值1:4 16)P0759[11(模拟输入2的x2值)=2O 17)P0761[11(模拟输入2的的死区宽度)=4 2.3运行效果 本变频装置经过精心调试和参数设置优化后,在2004年初营口 烧结工程投产后,一直运行良好,工作可靠.取得了很好的经济效益. 随着电力电子器件,微电子器件技术和控剑技术的不断发展,交流变 频调速技术必将得到更好的发展和推广. 【参考文献】 [1]徐邦荃,李浚源,詹琼华.《直流调速系统与交流调速系统>.华中科技大学出 版社.2000. [2]王廷才,王伟主编.《变频器原理及应用》.机械工业出版社.2005. 作者简介:胡春媛(1975一),男,电气工程师;1997年7月毕业于鞍山钢铁 学院电气自动化专业;长期从事电气调试工作. (上接第202?页)的空间.因此在这类文本中侦探是读者,而罪犯就 是故弄玄虚,故步疑阵的作者本人.通过己述的种种方式可以看出后 现代主义小说家完全改变了侦探小说的性质.因此有批评家把这类小 说干脆叫作"仿侦探小说".这种后现代的"仿侦探小说"宣扬的不是理 性主义的胜利而恰恰是人类认识的局限,理性的脆弱和世界的不可 知. 三,结语 重复是罗伯一格里耶故事文本中一种非常重要的手法.罗伯一格里 耶偏爱的重复内容和方式体现了他对重复概念的准确理解和把握.他 的重复世界看似混乱而没有理性,实际上按严格的理性有 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf ,有节 奏,有目的地不断重复某些场景和事件.文本间的重复"戏仿"是罗伯 一 格里耶小说的主要艺术手法.它刷新了传统的侦探小说形式,改变 了人们的阅读习惯.为西方现代小说发展开辟了新的空间,是一种极 重要的叙事手法. [责任编辑:张慧】 【参考文献】 [1]张唯嘉.罗伯一格里耶新小说研究[M].湖南:湖南人民出版社,2002. [2]王钦峰.后现代主义小说论略[M]冲国社会科学出版社,2001. [3]叶岗.以图像构筑现实一论法国新小说派[J].四川外语学院,1996,(4). [41,1.A.Cauddon.LiteraryTerms?dL~raryTheory[M].1ondon:ThePenguin Group,1999. [5HillisMiller.FictionandRepetition[M].HarvardUniversityPress,1982. [6]IhabHasson.ThePostmodernTurn:5inPostmodernTheoryandCulture [M1.TheOhioStateUniversityPress,1987. 作者简介:黄雅颖,女,福建泉州人,福建工程学院外语学院老师,助教,硕 士研究生,主要从事西方文学研究. 【责任编辑:汤静】