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變頻器低頻特性分析及改善措施
摘要:文中分析變頻器調(diào)速系統(tǒng)在低頻區(qū)域的特性，敘述了該系統(tǒng)在低頻區(qū)存在的一些問題，并提出相應(yīng)的改善措施。關(guān)鍵詞:低頻特性系統(tǒng)分析改善措施
Abstract:Inthispaperanalysevariablespeedsysteminlowfrequecyregional
characteristics,someproblemsinsystemlowfrequencyreionalisdescribed,corresponding
improvingmeasureswereoffered.
Keywords:lowfrequencycharacteristicssystemanalyscimprovemeasures
1概述
由變頻器構(gòu)成的交流調(diào)速系統(tǒng)普遍存在的問題是，系統(tǒng)運行在低頻區(qū)域時,其性能不夠理想,主要表現(xiàn)在低頻啟動時啟動轉(zhuǎn)矩小,造成系統(tǒng)啟動困難甚至無法啟動。由于變頻器的非線性產(chǎn)生的高次諧波，引起電動機的轉(zhuǎn)距脈動及電動機發(fā)熱，并且電動機運行噪聲也加大。低頻穩(wěn)態(tài)運行時，受電網(wǎng)電壓波動或系統(tǒng)負(fù)載的變化及變頻器輸出電壓波形的奇變，將造成電動機的抖動。當(dāng)變頻器距電動機距離較大時及高次諧波對控制電路的干擾，極易引起電動機的爬行。由于上述各種現(xiàn)象，嚴(yán)重降低由變頻器構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速特性和動態(tài)品質(zhì)指標(biāo)，本文對系統(tǒng)的低頻機械特性和變頻器的低頻特性進行分析，提出采取相應(yīng)的措施，以使系統(tǒng)的低頻運行特性能得以改善。
2變頻器低頻機械特性
2.1低頻啟動特性
異步電動機改變定子頻率F1,即可平滑地調(diào)節(jié)電動機的同步轉(zhuǎn)速,但是隨著F1的變化,電動機的機械特性也將發(fā)生改變,尤其是在低頻區(qū)域,根據(jù)異步電動機的最大轉(zhuǎn)距公式:
Temax=3/2{np(U1/W1)2}/{R1/W1 /(R2/W1)2 (LL1 LL2)2}式中np—電動機極對數(shù);
R1—定子每相電阻;
R2—折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻;
LL1—定子每相漏感;
LL2—折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每漏感;
U1—電動機定子每相電壓;
W1—電源角頻率
可見Temax是隨著W1的降低而減小，在低頻時，R1已不可忽略。Temax將隨著W1的減小而減小，啟動轉(zhuǎn)距也將減小，甚至不能帶動負(fù)載。
2.2低頻穩(wěn)態(tài)特性
電動機穩(wěn)態(tài)運行時的轉(zhuǎn)距公式如下:
TL=3np(U1/W1)2SW1R2/{(SR1 R2)2 S2W2(LL1 LL2)2}
在角頻率W1為額定時,R1可以忽略。而在低頻時,R1已不能忽略,故在低頻區(qū)時由于R1上的壓降所占的比重增加,將無法維持M的恒定,特別是在電網(wǎng)電壓變化和負(fù)載變化時,系統(tǒng)將出現(xiàn)抖動和爬行。
3變頻器調(diào)速系統(tǒng)低頻特性
3.1諧波分析
由變頻器構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng),由于變頻器的非線性,電動機定子中除了基波電流外,還有各次諧波電流,由于高次諧波的存在,使電動機損耗和感抗增大,減少了cosφ,從而影響輸出轉(zhuǎn)距,并將產(chǎn)生6倍于基波頻率的脈動轉(zhuǎn)距。
以電流波形中的5次、7次諧波來分析，在三相電動機定子電流中的5次諧波頻率為F5=5F1(F1為基波電流頻率)，它在電動機氣隙中產(chǎn)生空間負(fù)序的磁勢和磁場，這個磁場的轉(zhuǎn)速n51為基波電流所產(chǎn)生磁場的轉(zhuǎn)速n11的5倍，并且沿著與基波磁場反的方向旋轉(zhuǎn)，由于電動機轉(zhuǎn)速一定，并假設(shè)接近n11，這樣由5次諧波磁勢在轉(zhuǎn)子內(nèi)感應(yīng)出6倍于基波頻率的轉(zhuǎn)子電流，此電流與氣隙基波磁勢的合成作用產(chǎn)生6倍于基波頻率的脈動轉(zhuǎn)距。
7次諧波所產(chǎn)生的磁場與基波同相序，但它所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速7倍于基波旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，故相應(yīng)轉(zhuǎn)子電流諧波與氣隙主磁場的相對轉(zhuǎn)速也是6倍于基波頻率，也產(chǎn)生一個6倍于基波頻率的脈動轉(zhuǎn)距。
以上兩個6倍于基波頻率的脈動轉(zhuǎn)距一齊使電動機的電磁轉(zhuǎn)距發(fā)生脈動，雖然其平均值為零，但脈動轉(zhuǎn)距使電動機轉(zhuǎn)速不均勻，在低頻運行時影響最大。
3.2準(zhǔn)方波方式下脈動轉(zhuǎn)距的產(chǎn)生
分別設(shè)ψ1、ψ2為定子磁鏈及轉(zhuǎn)子磁鏈的空間矢量，在穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)方波(QSW)運行方式時(橋中晶閘管用1800電角脈沖觸發(fā))ψ1在輸出周期內(nèi)沿著正六邊形的周邊運動。ψ2沿著與六邊形同心的圓周運動，在準(zhǔn)方波運行方式下ψ1和ψ2運動是連續(xù)的，但它們且有重大的區(qū)別，當(dāng)矢量ψ2以恒定定子電壓角速度W1旋轉(zhuǎn)時，矢量ψ1以恒定的線速度沿正六邊形周邊運行，矢量ψ1線速度恒定導(dǎo)致其角速度的變化，進而引起ψ1和ψ2的夾角δ變化，除此，當(dāng)ψ1沿著六角形軌跡移動時其幅值在一定程度上也有變化。當(dāng)電動機空載時，由于處于穩(wěn)態(tài)ψ1與ψ2的夾角與轉(zhuǎn)距T在W1t=0、π/6、π/3時為零，而當(dāng)W1T≠0、π/6、π/3時，δ不為零，它與上面提到的ψ1幅值變化一起引起低頻轉(zhuǎn)距脈動，其頻率為定子電壓基波的6倍，當(dāng)電動機帶負(fù)載時對應(yīng)于一個恒定的δ均值，低頻轉(zhuǎn)距脈動將疊加于恒定轉(zhuǎn)距均值之上。
4系統(tǒng)低頻特性改善措施
4.1啟動轉(zhuǎn)距的提升
由于系統(tǒng)在低頻時R1上的壓降影響,使系統(tǒng)的啟動轉(zhuǎn)距隨W1下降而減小,為此變頻器設(shè)有轉(zhuǎn)距提升功能,該功能可以調(diào)整低頻區(qū)域電動機的力矩,使之與負(fù)荷配合,增大啟動轉(zhuǎn)距。可選擇自動轉(zhuǎn)距提升和手動轉(zhuǎn)距提升模式，其原理是提升定子電壓也就相應(yīng)提高了啟動轉(zhuǎn)距，但提升電壓設(shè)置過高，將導(dǎo)致電流過大引起電動機飽和、過熱或過電流跳閘。如1336PLUS系列變頻器的轉(zhuǎn)距提升功能，可自動調(diào)整提升電壓，以產(chǎn)生所需的電壓，可根據(jù)預(yù)定轉(zhuǎn)距所需的電流來選擇提升電壓，轉(zhuǎn)距提升在控制電流的同時使電動機處于最佳運行狀態(tài)，在選擇手動轉(zhuǎn)距提升時，要結(jié)合實際情況來設(shè)定轉(zhuǎn)距提升值。
4.2改善低頻轉(zhuǎn)距脈動
變頻器構(gòu)成的交流調(diào)速系統(tǒng)的低頻轉(zhuǎn)距脈動直接影響系統(tǒng)動態(tài)特性,不論是變頻器的生產(chǎn)廠和系統(tǒng)集成的工程技術(shù)人員,都在盡力于改善低頻區(qū)脈動這一技術(shù)問題.如采用磁通控制方式、正弦波PWM控制方式，它不是按照調(diào)制正弦波和載波的交點來控制GTR的導(dǎo)通和關(guān)斷，而是
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