變頻器對周邊設備的影響及故障防范
變頻器的安裝使用也將對其他設備產生影響,有時甚至導致其他設備故障。因此,對這些影響因素進行分析探討,并研究應該采取哪些措施時非常必要的。電源高次諧波
由于目前的變頻器幾乎都采用PWM控制方式,這樣的脈沖調制形式使得變頻器運行時在電源側產生高次諧波電流,并造成電壓波形畸變,對電源系統產生嚴重影響,通常采用以下處理措施:采用專用變壓器對變頻器供電,與其它供電系統分離;在變頻器輸入側加裝濾波電抗器或多種整流橋回路,降低高次諧波分量,對于有進相電容器的場合因高次諧波電流將電容電流增加造成發熱嚴重,必須在電容前串接電抗器,以減小諧波分量,對電抗器的電感應合理分析計算,避免形成LC振蕩。
電動機溫度過高及運行范圍
對于現有電機進行變頻調速改造時,由于自冷電機在低速運行時冷卻能力下降造成電機過熱。此外,因為變頻器輸出波形中所含有的高次諧波勢必增加電機的鐵損和銅損,因此在確認電機的負載狀態和運行范圍之后,采取以下的相應措施:對電機進行強冷通風或提高電機規格等級;更換變頻專用電機;限定運行范圍,避開低速區。
振動、噪聲
振動通常是由于電機的脈動轉矩及機械系統的共振引起的,特別是當脈動轉矩與機械共振電恰好一致時更為嚴重。噪聲通常分為變頻裝置噪聲和電動機噪聲,對于不同的安裝場所應采取不同的處理措施:變頻器在調試過程中,在保證控制精度的前提下,應盡量減小脈沖轉矩成分;調試確認機械共振點,利用變頻器的頻率屏蔽功能,使這些共振點排除在運行范圍之外;由于變頻器噪聲主要有冷卻風扇機電抗器產生,因選用低噪聲器件;在電動機與變頻器之間合理設置交流電抗器,減小因PWM調制方式造成的高次諧波。
高頻開關形成尖峰電壓對電機絕緣不利
在變頻器的輸出電壓中,含有高頻尖峰浪用電壓。這些高次諧波沖擊電壓將會降低電動機繞組的絕緣強度,尤其以PWM控制型變頻器更為明顯,應采取以下措施:盡量縮短變頻器到電機的配線距離;采用阻斷二極管的浪涌電壓吸收裝置,對變頻器輸出電壓進行處理;對PWM型變頻器應盡量在電機輸入側加濾波器。
變頻器技術發展方向預測
變頻器是運動控制系統中的功率變換器。當今的運動控制系統包含多種學科的技術領域,總的發展趨勢是:驅動的交流化,功率變換器的高頻化,控制的數字化、智能化和網絡化。因此,變頻器作為系統的重要功率變換部件,提供可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發展。
隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應用以及控制技術的發展,變頻器的性能價格比越來越高,體積越來越小,而廠家仍然在不斷地提高可靠性實現變頻器的進一步小型輕量化、高性能化和多功能化以及無公害化而做著新的努力。變頻器性能的優劣,一要看其輸出交流電壓的諧波對電機的影響;二要看對電網的諧波污染和輸入功率因數;三要看本身的能量損耗如何。這里僅以量大面廣的交—直—交變頻器為例,闡述它的發展趨勢:
主電路功率開關元件的自關斷化、模塊化、集成化、智能化;開關頻率不斷提高,開關損耗進一步降低。
變頻器主電路的拓撲結構方面。變頻器的網側變流器對低壓小容量的裝置常采用6脈沖變流器,而對中壓大容量的裝置采用多重化12脈沖以上的變流器。負載側變流器對低壓小容量裝置常采用兩電平的橋式逆變器,而對中壓大容量的裝置采用多電平逆變器。對于四象限運行的轉動,為實現變頻器再生能量向電網回饋和節省能量,網側變流器應為可逆變流器,同時出現了功率可雙向流動的雙PWM變頻器,對網側變流器加以適當控制可使輸入電流接近正弦波,減少對電網的公害。
脈寬調制變壓變頻器的控制方法可以采用正弦波脈寬調制控制、消除指定次數諧波的PWM控制、電流跟蹤控制、電壓空間矢量控制(磁鏈跟蹤控制)。
交流電動機變頻調整控制方法的進展主要體現在由標量控制向高動態性能的矢量控制與直接轉矩控制發展和開發無速度傳感器的矢量控制和直接轉矩控制系統方面。
微處理器的進步使數字控制成為現代控制器的發展方向。運動控制系統是快速系統,特別是交流電動機高性能的控制需要存儲多種數據和快速實時處理大量信息。近幾年來,國外各大公司紛紛推出以DSP(數字信號處理器)為基礎的內核,配以電機控制所需的外圍功能電路,集成在單一芯片內的稱為DSP單片電機控制器,價格大大降低,體積縮小,結構緊湊,使用便捷,可靠性提高。DSP和普通的單片機相比,處理數字運算能力增強10~15倍,可確保系統有更優越的控制性能。數字控制使硬件簡化,柔性的控制算法使控制具有很大的靈活性,可實現復雜控制規律,使現代控制理論在運動控制系統中應用成為現實,易于與上層系統連接進行數據傳輸,便于故障診斷、加強保護和監視功能,使系統智能化(如有些變頻器具有自調整功能)。