仪器仪表技能概述:变频器界说及作业原理

发布时间:2022-06-21 17:33:07 | 作者:环球体育靠谱吗


  是把工频电源(50Hz或60Hz)改换成各种频率的沟通电源,以完成电机的变速运转的设备,其间操控电路完成对主电路的操控,整流电路将沟通电改换成直流电,直流中心电路对整流电路的输出进行滑润滤波,逆变电路将直流电再逆成沟通电。关于如矢量操控来说,有时还需求一个进行转矩核算的CPU以及一些相应的电路。变频调速是经过改动电机定子绕组供电的频率来到达调速的意图。

  变频技能是应沟通电机无级调速的需求而诞生的。20世纪60年代今后,电力电子器材阅历了SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、 SITH(静电感应晶闸管)、MGT(MOS操控晶体管)、MCT(MOS操控晶闸管)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)的发展过程,器材的更新促进了电力电子改换技能的不断发展。20世纪70年代开端,脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研讨引起了人们的高度重视。20世纪80年代,作为变频技能中心的 PWM形式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣,并得出许多优化形式,其间以鞍形波PWM形式作用最佳。20世纪80年代后半期开端,美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并取得了广泛使用。

  变频器的分类办法有多种,依照主电路作业办法分类,可以分为电压型变频器和电流型变频器;依照开关办法分类,可以分为PAM操控变频器、PWM操控变频器和高载频PWM操控变频器;依照作业原理分类,可以分为V/f操控变频器、转差频率操控变频器和矢量操控变频器等;依照用处分类,可以分为通用变频器、高功能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

  VVVF:改动电压、改动频率 CVCF:恒电压、恒频率。各国运用的沟通供电电源,无论是用于家庭仍是用于工厂,其电压和频率均为400V/50Hz或200V/60Hz(50Hz),等等。一般,把电压和频率固定不变的沟通电改换为电压或频率可变的沟通电的设备称作“变频器”。为了发生可变的电压和频率,该设备首要要把电源的沟通电改换为直流电(DC)。

  由式(1)可知,转速n与频率f成正比,只需改动频率f即可改动电动机的转速,当频率f在0~50Hz的规模内改变时,电动机转速调理规模非常宽。变频器便是经过改动电动机电源频率完成速度调理的,是一种抱负的高效率、高功能的调速手法。

  低压通用变频输出电压为380~650V,输出功率为0.75~400kW,作业频率为0~400Hz,它的主电路都选用交直交电路。其操控办法阅历了以下四代。

  其特点是操控电路结构简略、本钱较低,机械特性硬度也较好,可以满意一般传动的滑润调速要求,已在工业的各个领域得到广泛使用。可是,这种操控办法在低频时,因为输出电压较低,转矩受定子电阻压降的影响比较显著,使输出最大转矩减小。别的,其机械特性毕竟没有直流电动机硬,动态转矩才能和静态调速功能都还不尽善尽美,且体系功能不高、操控曲线会随负载的改变而改变,转矩呼应慢、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功能下降,安稳性变差等。因此人们又研讨出矢量操控变频调速。

  它是以三相波形全体生成作用为条件,以迫临电机气隙的抱负圆形旋转磁场轨道为意图,一次生成三相调制波形,以内切多边形迫临圆的办法进行操控的。经实践运用后又有所改进,即引进频率补偿,能消除速度操控的差错;经过反应预算磁链幅值,消除低速时定子电阻的影响;将输出电压、电流闭环,以进步动态的精度和安稳度。但操控电路环节较多,且没有引进转矩的调理,所以体系功能没有得到底子改进。

  矢量操控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Ia、Ib、Ic、经过三相-二相改换,等效成两相停止坐标系下的沟通电流 Ia1Ib1,再经过按转子磁场定向旋转改换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流;It1相当于与转矩成正比的电枢电流),然后仿照直流电动机的操控办法,求得直流电动机的操控量,经过相应的坐标反改换,完成对异步电动机的操控。其实质是将沟通电动机等效为直流电动机,分别对速度,磁场两个重量进行独立操控。经过操控转子磁链,然后分化定子电流而取得转矩和磁场两个重量,经坐标改换,完成正交或解耦操控。矢量操控办法的提出具有划时代的含义。然而在实践使用中,因为转子磁链难以准确观测,体系特性受电动机参数的影响较大,且在等效直流电动机操控过程中所用矢量旋转改换较杂乱,使得实践的操控作用难以到达抱负剖析的成果。

  1985年,德国鲁尔大学的DePenbrock教授初次提出了直接转矩操控变频技能。该技能在很大程度上处理了上述矢量操控的缺乏,并以新颖的操控思维、简洁明了的体系结构、优秀的动静态功能得到了迅速发展。现在,该技能已成功地使用在电力机车牵引的大功率沟通传动上。 直接转矩操控直接在定子坐标系下剖析沟通电动机的数学模型,操控电动机的磁链和转矩。它不需求将沟通电动机等效为直流电动机,因此省去了矢量旋转改换中的许多杂乱核算;它不需求仿照直流电动机的操控,也不需求为解耦而简化沟通电动机的数学模型。

  VVVF变频、矢量操控变频、直接转矩操控变频都是交直交变频中的一种。其一起缺陷是输入功率因数低,谐波电流大,直流电路需求大的储能电容,再生能量又不能反应回电网,即不能进行四象限运转。为此,矩阵式交交变频应运而生。因为矩阵式交交变频省去了中心直流环节,然后省去了体积大、价格贵的电解电容。它能完成功率因数为l,输入电流为正弦且能四象限运转,体系的功率密度大。该技能现在虽没有老练,但仍吸引着很多的学者深入研讨。其实质不是直接的操控电流、磁链等量,而是把转矩直接作为被操控量来完成的。具体办法是:

  操控定子磁链引进定子磁链观测器,完成无速度传感器办法;

  自动识别(ID)依托准确的电机数学模型,对电机参数自动识别;

  算出实践值对应定子阻抗、互感、磁饱满要素、惯量等算出实践的转矩、定子磁链、转子速度进行实时操控;

  矩阵式交交变频具有快速的转矩呼应(2ms),很高的速度精度(2%,无PG反应),高转矩精度(+3%);一起还具有较高的起动转矩及高转矩精度,尤其在低速时(包含0速度时),可输出150%~200%转矩。