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变频器的正确选型
   https://www.fubuwang.com 2024-03-02 14:37:29 来源:网络
核心提示:变频器的选用,应按照被控对象的类型、调速范围、静态速度精度、启动转矩等来考虑,使之在满足工艺和生产要求的同时,既好用,又经济。1.变频器及被控制的电机 (1)电机的极数。一般电机极数以不多于4极为宜,否则变频器容量就要适当加大。 (2)

变频器的选用,应按照被控对象的类型、调速范围、静态速度精度、启动转矩等来考虑,使之在满足工艺和生产要求的同时,既好用,又经济。

1.变频器及被控制的电机

(1)电机的极数。一般电机极数以不多于4极为宜,否则变频器容量就要适当加大。

(2)转矩特性、临界转矩、加速转矩。在同等电机功率情况下,相对于高过载转矩模式,变频器规格可以降格选龋。

(3)电磁兼容性。为减少主电源|稳压器干扰,在中间电路或变频器输入电路中增加电抗器,或安装前置隔离变压器。一般当电机与变频器距离超过50m时,应在它们中间串入电抗器、滤波器或采用屏蔽防护电缆。

2.变频器箱体结构的选用

变频器的箱体结构要与条件相适应,必须考虑温度、湿度、粉尘、酸碱度、腐蚀性气体等因素。有下列几种常见结构:

(1)敞开型IP00型。本身无机箱,可装在电控箱内或电气室内的屏、盘、架上,尤其适于多台变频器集中使用时选用,但环境条件要求较高。

(2)封闭型IP20型。适于一般用途,可有少量粉尘或少许温度、湿度的场合。

(3)密封型IP45型。适于工业现场条件较差的环境。

(4)密闭型IP65型。适于环境条件差,有水、灰尘及一定腐蚀性气体的场合。

3.变频器功率的选用

变频器负载率β与效率η的关系曲线见图1。由图1可见:当β=50%时,η=94%当β=100%时,η=96%。虽然β增一倍,η变化仅2%,但对中大功率(几百千瓦至几千千瓦)电动机而言亦是可观的。系统效率等于变频器效率与电动机效率的乘积。从效率角度出发,在选用变频器功率时,要注意以下几点。

(1)变频器功率与电动机功率相当时为最合适,以利于变频器在高效率状态下运转。

(2)在变频器的功率分级与电动机功率分级不相同时,则变频器的功率要尽可能接近电动机的功率,并且应略大于电动机的功率。

(3)当电动机属频繁启动、制动工作或处于重载启动且较频繁时,可选取大一级的变频器,以利于变频器长期、安全地运行。

(4)经测试,电动机实际功率确实有富余,可以考虑选用功率小于电动机功率的变频器,但要注意瞬时峰值电流是否会造成过电流保护动作。

(5)当变频器与电动机功率不相同时,则必须相应调整节能程序的设置,以利于达到较高的节能效果。

4.变频器容量的确定

合理的容量选择本身就是一种节能降耗措施。根据现有资料和经验,比较简便的方法有三种。

(1)电机实际功率确定法。首先测定电机的实际功率,以此来选用变频器的容量。

(2)公式法。设安全系数取1.05,则变频器的容量pb为:

pb=1.05pm/hm×cosφ,kW

式中pm———电机负载,kW

hm———电机功率,kW

计算出pb后,按变频器产品目录选具体规格。

当一台变频器用于多台电机时,至少要考虑一台电动机启动电流的影响,以避免变频器过流跳闸。

③电机额定电流法。变频器容量选定过程,实际上是一个变频器与电机的最佳匹配过程,最常见、也较安全的是使变频器的容量大于或等于电机的额定功率,但实际匹配中要考虑电机的实际功率与额定功率相差多少,通常都是设备所选能力偏大,而实际需要的能力小,因此按电机的实际功率选择变频器是合理的,避免选用的变频器过大,使投资增大。对于轻负载类,变频器电流一般应按1.1In(In为电动机额定电流)来选择,或按厂家在产品中标明的与变频器的输出功率额定值相配套的最大电机功率来选择。

5.主电源

(1)电源电压及波动。应特别注意与变频器低电压保护整定值相适应(出厂时一般设定为0.8~0.9Un),因为在实际使用中,电网电压偏低的可能性较大。

(2)主电源频率波动和谐波干扰。这方面的干扰会增加变频器系统的热损耗,导致噪声增加,输出降低。

(3)变频器和电机在工作时,自身的功率消耗。在进行系统主电源供电设计时,两者的功率消耗因素都应考虑进去。

二、变频器应用中的抗干扰措施

变频器在应用中的干扰主要表现为:高次谐波、噪声与振动、负载匹配、发热等问题。这些干扰是不可避免的,因为变频器的输入部分为整流电路,输出部分为逆变电路,它们都是由起开关作用的非线性元件组成的,而在开断电路的过程中,都要产生高次谐波,从而使其输入电源和输出的电压波形和电流波形产生畸变。下面针对谐波问题进行分析并提出相应措施。

容量较小的变频器,高次谐波的影响较校但容量较大或数量较多时,就必须处理由高次谐波电流引起的高次谐波干扰,否则将影响到设备和检测元件,严重时可能使这些设备误动作。根据英国的ACE报告,各种对象对高次谐波的敏感程度如下:电动机在10%~20%以下无影响仪器|仪表电压畸变10%,电流畸变10%,误差在1%以下电子开关超过10%会产生误动作计算机超过5%会出错。鉴于以上情况,在工业现场中,必须采取措施降低干扰,把干扰抑制在允许的范围内。

1.切断干扰传播途径

(1)干扰的传播常通过共用的接地线传播。将动力线的接地与控制线的接地分开是切断这一途径的根本方法,即将动力装置的接地端子接到地线上,将控制装置的接地端子接到该装置盘的金属外壳上。

(2)信号线靠近有干扰源的导线时,干扰会被诱导到信号线上,使信号受到干扰,布线分离对消除这种干扰行之有效。实际工程中需把高压电缆、动力电缆、控制电缆常常与仪表电缆、计算机电缆分开布线,分走不同的桥架。变频器的控制线也最好与其主回路线路以垂直的方式布线。

2.抑制高次谐波

(1)在变频器前侧安装线路电抗器,可抑制电源侧过电压,并降低变频器产生的电流畸变,避免使主电源受到严重干扰。

该方案价格便宜,但限制谐波的效率有限,且电抗太大时会产生无法接受的电压降损失。

(2)在变频器前加装LC无源滤波器,滤掉高次谐波,通常滤掉5次和7次谐波,但该方法完全取决于电源和负载,灵活性。

(3)设置专用滤波器用来检测变频器和相位,并产生一个与谐波电流的幅值相同且相位正好相反的电流,通到变频器中,从而可以有效地吸收谐波电流。

(4)当设备的附近环境受到电磁干扰时,应装设抗射频干扰滤波器,可减少主电源的传导发射,且要采取措施屏蔽电机电缆。

(5)当电机电缆长度大于50m或80m(非屏蔽)时,为了防止电机启动时的瞬时过电压,减少电机对地的泄漏电流和噪声,保护电动机,在变频器与电机之间安装电抗器。

(6)增加变频器供电电源内阻抗。通常电源设备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电容的无功功率的作用,内阻抗越大,谐波含量越小,这种内阻抗就是变压器的短路阻抗。因此选择变频器供电电源时,最好选择短路阻抗大的变压器。

(7)采用变压器多相运行。通用变频器为六脉波整流器,因此产生的谐波较大。如果采用变压器多相运行,使相位角互差30°,如Y-Δ、Δ-Δ组合的变压器构成12脉波的效果,可减小低次谐波电流,很好的抑制谐波。

SAJ S350高性能矢量变频器

1、低频力矩大、输出平稳

2、高性能矢量控制

3、转矩动态响应快、稳速精度高

4、减速停车速度快

5、抗干扰能力强

三晶S350系列是新一代高性能矢量变频器,有如下特点:

■采用最新高速电机控制专用芯片DSP,确保矢量控制快速响应

■硬件电路模块化设计,确保电路稳定高效运行

■外观设计结合欧洲汽车设计理念,线条流畅,外形美观

■结构采用独立风道设计,风扇可自由拆卸,散热性好

■无PG矢量控制、有PG矢量控制、转矩控制、V/F控制均可选择

■强大的输入输出多功能可编程端子,调速脉冲输入,两路模拟量输出

■独特的“挖土机”自适应控制特性,对运行期间电机转矩上限自动限制,有效抑制过流频繁跳闸

■宽电压输入,输出电压自动稳压(AVR),瞬间掉电不停机,适应能力更强

■内置先进的PID算法,响应快、适应性强、调试简单;16段速控制,简易PLC实现定时、定速、定向等多功能逻辑控制,多种灵活的控制方式以满足各种不同复杂工况要求

■内置国际标准的MODBUS RTU ASCII通讯协议,用户可通过PC/PLC控制上位机等实现变频器485通讯组网集中控制

变频器选型要素?

一、变频器选型原则

具体来讲,低压通用变频器的选择包括低压通用变频器的型式选择和容量选择两个方面,选择变频器的基本原则有两方面:变频器功能特性能保证可靠地实现工艺要求,能获得相对较好的性价比。为使变频器功能特性能保证可靠地实现工艺要求,在变频器选型时应密切关注以下技术参数:

1、根据电机实际工作电流选择变频器

电机实际工作电流是变频器选型最关键的因素,变频器在长时间工作时必须满足变频器输出电流大于电机实际工作电流。

项目中通常先选电机,再根据电机选变频器。电机实际工作电流并不是电机铭牌上标注的额定电流,变频器选型时应先熟悉工况,初步估算出电机的工作电流与随时间变化的关系,然后才确定相对应变频器的型号。

(1)变频器拖动恒转矩负载电机,以电机额定电流为依据选择变频器。

(2)变频器拖动风机、泵类负载的电机,以电机额定电流为依据选择变频器。

(3)时常短时间过载运行的电机,需要计算过载周期及过载电流。

变频器拖动这类型负载的电机,要求变频器最大输出电流Imax大于电机峰值电流,且变频器的参数I2t在自身所允许的范围之内,变频器选型时有可能放大一档或几档来才能满足现场需求。现以10kW、20A额定电流电机举例:假如电机间歇性工作,1秒内过载运行时峰值电流为40A(额定电流2倍),之后停止运行20秒。此时选型就要用到变频器过载曲线:首先将电机电流随时间变化的曲线出来,其次看变频器的输出电流曲线能否覆盖电机电流曲线(即变频器输出电流超过电机实是否际工作电流),只有变频器输出电流曲线覆盖电机电流曲线的变频器型号才适用于重载负荷的电机。能对于重载变频器选型,往往有一些经验数据可以参考。

2、变频器选型应充分考虑环境对变频器的影响

(1)温度变频器的影响

变频器选型时要考虑到使用环境温度一般在-10~40℃,工作环境的温度如果高于40℃的情况下,每升高1℃,变频器应降额5%使用;工作环境的温度每升10℃,那么变频器的寿命就会减半,所以周围环境及变频器散热的问题一定要解决好。

(2)湿度对变频器的影响

给变频器选型时,若在湿度低于90%的环境中工作,空气的相对湿度小于或等于90%,无结露。湿度若太高且湿度变化比较大的时候,变频器的内部比较容易出现结露现象,那么绝缘性能就会大幅度降低,甚至会引发短路。必要时,必须在箱中增加干燥剂或加热器。

(3)海拔高度对变频器的影响

变频器安装在海拔高度在1000m以下可以输出额定功率。当海拔高度超过了1000m,其输出功率会呈下降。

(4)粉尘对变频器的影响

在有金属导电性粉尘的场合,不宜安装变频器。因为导电性粉尘会侵入变频器的内部,容易导致变频器的内部线路短路,严重情况下会烧毁变频器。在变频器选型时一定要想到这一点。

3、变频器进线电源选择

常用的电压为单相交流电220V、三相交流电220V、三相交流电380V和三相交流电690V。进线电源由既有的上游变压器电压等级决定,在变频器选型初期就应明确。

电压等级大小决定着电机接线盒的接线方式的不同。星形接法比三角接法有更高的耐压能力和更小的工作电流。

进线电源频率一般在50Hz,变频器对进线频率的波动有比较高的承受能力,变频器二极管整流桥对频率不敏感。

4、正确选用变频器冷却方式

常见的1000VAC以下低压变频器,多为内部风冷。在大功率变频器的成组传动时,变频器散热风机的工作噪音很大。在必要的情况下,可以选用水冷系列变频器。

通用低压变频器选型步骤

二、在变频器选型时候,可以按照以下的六个步骤进行:

1、明确设备的工作运行方式、容量及负载类型。

2、明确设备的工艺、性能指标及控制要求。

3、确定内部系统的组建方式、I/O接口、通信接口等。

4、对各项性能指标和要求进行归纳。

5、对归纳后的结果进行技术咨询或直接进行招标。

6、对变频器性能、变频器使用寿命、变频器价格、变频器服务进行综合对比。

电机的变频器应该怎么选型

变频器选型要素:

为了实现大调速比的恒转矩调速,常采用加大通用变频器容量的办法。对于要求精度高、动态性能好、速度响应快的生产机械(如造纸机械、注塑机、轧钢机等),应采用矢量控制或直接转矩控制型通用变频器。

1、 电机的规格指标参数

变频器在使用过程中带动的是电机,所以,变频器的选型可以从电机的角度来选择型号、规格。那首先,我们就必须先了解电机的各项规格指标参数。

每台电机都有它自己出厂的铭牌,从铭牌上,我们不难找到电机的各项参数。这些参数中,我们需要了解的主要参数有:电机的额定电压、额定电流、额定频率、额定转速等。

2、电机的额定电压:电机的额定电压一般有110V、220V、380V、690V、1140V、6kV等。 我公司现生产的变频器电压等级有:220V、380V、690V、1140V。如有其它非标准的电压等级,请及时咨询生产厂家或各地办事处及经销商。

3、电机的额定电流:电机的额定电流根据电机的功率不同而不同。选择变频器时,变频器的额定电流应大于或等于电机的额定电流,特殊情况应将变频器功率档次放大一档。

4、电机的额定频率:普通电机的额定频率一般是50~60Hz,高速电机有1000~3000Hz等。CH_100系列可满足0~600Hz电机的需要,如需更高频率,请选用CH_150系列变频器。 电机的额定转速:电机有分为2极、4极、6极、8极等,极数越高,转速越低,同功率电流也越大。我们一般用的电机的额定转速是1500 rpm对应4极电机。变频器也是根据4极电机来设计的。2极对应3000 rpm、6极对应960 rpm、8极对应720 rpm左右。

5、温度和湿度

温度对变频器的影响:变频器的使用环境温度一般适用在-10℃~+40℃,湿度在低于90%的环境工作中。环境温度若高于40℃时候,每升高1℃,变频器应降额5%使用。环境温度每升10℃,则变频器寿命减半,所以周围环境温度及变频器散热的问题一定要解决好。

1 概述

异步机变频调速已得到广泛的应用。变频器的花样种类繁多,变频器的供应商们为了推销自己的产品,都大力宣传自己的优点,其他产品的缺点,使人眼花缭乱。变频器的应用者在选用时经常提出许多如何合理应用及方案比较的问题,变频器的开发者在方案论证时也常提出产品定位及前景方面的问题。作者根据自己多年来在该领域中的体会,就下面几个问题谈谈自己的看法。

各种产品,只要它们在市场上站得住脚,就必然有它们各自的优点和缺点。市场是无情的,如果都是缺点,该产品必然被淘汰,若都是优点它必然淘汰别人。作者希望通过本论坛引起讨论,去掉商业炒作,还事物以本来面目。以下均为个人看法,仅供参考。涉及一些价格,均为做方案比较用的价格,不是实际购物价格,不涉及商业行为。

(1) 大功率节能调速的合理电压等级

大中功率风机和泵采用变频调速可节约大量电能,大部分功率在0.2-2MW范围内。我们现在200KW以上的电机多是中压,电压等级多为10KV,少量为6KV。选用10KV“直接”变频,从技术和经济角度看都不合理。所有的“直接”变频都不是真正的直接变频,在其输入侧都有变压器,因此电机和变频器没有必要和电网电压一致。本文讨论不同功率段的合理电压等级。

(2) 高性能调速系统中的矢量控制和直接力矩控制

高性能调速系统中的矢量控制发明于70年代末,商品化于80年代,至今仍然为多数公司所采用。直接力矩发明于80年代后期,部分公司采用,商品化于90年代初,被广泛宣传为新一代技术。本文介绍作者对这两种系统的看法。

(3) 有速度(位置)传感器和无速度(位置)传感器系统

在矢量控制和直接力矩控制系统开发的初期都要求装设速度(位置)传感器(编码器)。有些场合安装编码器困难,所以又开发出无速度(位置)传感器系统,它的性能不如前者,但优于V/f开环系统。现在有些宣传说,无编码器系统的低速起动性能已达到有编码器系统水平,此提法有模糊之处。本文讨论什么时候应装编码器,何时可以不装编码器。

2 大功率节能调速传动的合理电压等级

大中功率风机和泵采用变频调速可节约大量电能,大部分功率在200-2000KW范围中。我们现有的交流电动机200KW是个界限,200KW以下是低压380V,200KW以上为中压:3KV、6KV和10KV。电力部门从减小线损的角度出发,希望提高供电电压,3KV已取消,6KV正在淘汰中,大力推行10KV,将来还可能提至20KV。用户从简化配置出发,很自然的提出要求,希望200KW以上的电机和变压器也都采用10KV,不幸这合乎情理的要求技术上实现困难,经济上价高,因为:

A. 10KV电机从制造角度并不困难,但随着电压升高,绝缘等级提高,电机重量和价格也增加,以YJS系列4极560KW电机为例:380V重3.6T,价11万6KV重3.9T,价15万10KV重4.4T,价20万。

B. 受电力电子器件电压及电机允许的dv/dt限制,10KV变频器必须多电平,多器件串联。造成线路复杂,价格昂贵,可靠性差。对于10KV变频器若使用1700V IGBT器件,需10串,三相共120支器件。若使用3300V器件,也需5串共60支器件,数量巨大。另一方面电流小,器件的电流能力得不到充分利用,仍以560KW为例,10KV电机电流仅40A左右,现1700V的IGBT电流已达2400A,3300V器件电流达1600A,有大电流器件不采用,偏要用大量小电流器件串联,极不合理。即使电机功率达2000KV,电流也只有140A左右,仍很小。

为了电平隔离,改善输入电流波形及减小谐波,现在所有的中压“直接变频”器都不是真正的直接变频,其输入侧都装有输入变压器,这种安排短时间内不会改变。既然输入侧有变压器,变频器和电机的电压就没有必要和电网一样,非用10KV和6KV不可,因此就有了变频器和电机的合理电压等级问题。另外,过去电机中低压的200KW分界是考虑电机直接起动,起动电流7-8倍额定电流,10KV/380V电力变压器容量2000KVA,短路阻抗6%左右,电机起动时380V母线压降限制在5%左右而定的。再加大变压器,短路电流太大,低压开关难以承受。采用变频器调速后,起动电流被限制在额定值内,中低压分界条件也应随之变化。现在660V低压电机容量已达1000-1200KW,它也为讨论合理电压等级提供了基础。

本文分析合理电压等级的出发点是:

A. 低压变频器采用1200V或1700V IGBT,器件额定电流小于1800A-2400A,并联数不大于2。并联再多实现麻烦,就不如改为多电平串联,中压变频。

B. 中压变频采用器件种类及电压等级很多,相应线路方案也不同。本文基于目前市场上流行的产品,它们是基于1700V IGBT的分离直流电源多重化(H桥串联)方案(SDM)及基于3300V,4500V和6000V的IGBT或IGCT或IEGT三电平方案(THL)。

文献[1]对合理由电压等级进行了分析,这里不再重复,只把几点看法列于下面:

A.800-1200KW以下的变频调速宜选用380V或660V电压等级。它线路简单,技术成熟,可靠性高,dv/dt小,价格便宜。仍以560KW电机为例,630KW 660V的低压变频器约50万,而同容量2300V的中压变频器约90万。实现的方法有低-低,低-高,高-低和高-低-高等几种形式。由于电机、变压器的价格远低于变频器,即使更换电机、变压器也合理。

B.1000-1500KW以上的调速可以用中压变频

国外的中压变频器有多个电压等级:1.1KV,2.3KV 3KV 4.2KV 6KV,它们主要由电力电子器件的电压等级所确定。在THL中器件不串及SDM中桥不串联情况下,器件电压与变频器电压间的关系示于表1。

表1 在不串联情况下,器件电压与变频器电压间的关系

器件电压(V) 1700 3300 4500 6000

变频器电压(KV) 1.1 2.3 3 4.2

目前器件最高6000V,在不串情况下变频器最高电压4.2KV。6KV变频器必须串联,线路复杂,器件多,可靠性受影响。国外很少做6KV变频器,10KV基本不做。从原理上说SDM通过H桥单元串联,变频器输出电压不受器件电压限制,可以较高,但提高电压的代价是器件大量增加,可靠性降低。对于同样输出功率的变频器,使用较高电压较多单元串联所花的代价大于用较低电压,较少数量,电流较大单元的代价,也就是说在器件电流允许条件下应选用尽可能低的电压等级。

许多应用场合都要求旁路功能,即在变频器故障时将电机旁路,直接接入电网恒速工作。为降低变频器造价,电机电压低于电网电压后,如何旁路是一个需要解决的问题。这问题可以解决,对于不同的变频器旁路方法不同,变频器的旁路指在变频器出现故障时将电机直接接入电网,恒速工作。如果电机电压和电网电压一致,旁路不成问题。为了降低变频器造价,电机电压低于电网电压后,如何旁路,是这里所要讨论的问题。

如果采用低压变频,变频器输入交流电压与额定输出电压一样,电机可以绕过变频顺直接接低压380V或660V电源。

如果采用THL中压变频,可以把输入变频器两副边串联起来向电机供电,参见图1。当三个转换开关接“1”时,变频器工作当三个开关接“2”时旁路,输入变压器的两组副边线电压各等于1.5Vm/2(Vm为电机额定输入电压),并互差300,把它们串起来后电压为1.5Vm cos150=1.01Vm,正好供电机恒速工作。

如果采用SDM变频器,输入变频器副边太多,无法通过改变接线来旁路变频器,只能旁路出故障的单元,经触点将故障单元输出短路,单元中IGBT封锁。在这类变频器设计时已考虑了旁路单元的工况。如果一定要旁路变频器,只能另加一台备用降压变压器,这对于在一个电网上挂有多套变频器时是合理的。

设计旁路电路时需注意校验电机直接起动时的起动转矩。例如变压器短路阻抗为6%,容量为1.1倍变频器容量,电机起动电流为7倍,则电机起动电压为0.72Vm,起动转矩为0.52倍额定起动转矩,它应大于负载转矩。若起动转矩不够,只能加大变压器容量或选用小短路阻抗变压器。

3 高性能调速系统中的矢量控制和直接力矩控制

调速系统的任务是控制速度,速度通过转矩来改变,调速系统的性能取决于转矩控制的好坏,矢量控制(VC)和直接力矩控制(DTC)的任务都是实现高性能转矩控制,它们的速度调节部分相同。

异步机的转矩等于磁链矢量和定子电流矢量的矢量积。磁链不能直接测量,需要通过定子电压电流及电机参数算得。

由于定子电压电流都是交流量,处理起来较麻烦,所以在VC控制系统中,借助于坐标变化,把它们变成dq坐标系的直流量,计算得到的控制量再经反变换变回交流坐标轴系去产生PWM信号。为了在高速和低速均能取得好的性能,必须用电压电流两个模型,涉及到电机参数较多。

在DTC系统中用交流量直接计算力矩和磁链,然后通过力矩、磁链两个Band-Band控制器产生PWM信号,省去了坐标变换。在研制DTC的初期没有考虑低速运行工况,并以定子磁链为基础,涉及电机参数只有Rs一个,因此DTC的供货商大力宣传DTC计算简单,涉及电机参数最少,精度高等。实际上在考虑低速运行工况后,DTC也必须引入电流模型,也要用到转子磁链,涉及的电机参数和VC一样多,所以精度也一样。DTC没坐标变换,计算公式简单,但为了实现Band-Band控制,必须在一个开关周期中计算很多次,要求计算速度快,以ABB公司的ACS600系列为例,它的计算周期是25μs。在VC中测量电压电流在一个开关周期内的平均值,然后一周期计算一次,对计算速度要求低,以Siemens公司的6SE70系列为例,他计算周期是400μs,相差16倍。矢量变换计算只不过4个乘法和两个加法,以现在处理器的能力看,它算不了什么。另外以定子磁链为基础也不是DTC的专利,有的VC系统也以定子磁链为基础。根据产品样本,ACS600(DTC)转矩控制响应时间是5ms,6SE70(VC)也是5ms,再快的响应机械也受不了。

有人认为,DTC利用磁链幅值的Band-Band控制得到近似圆形磁场,磁链幅值的波动会导致转矩波动,而VC是连续控制,磁链幅值不变,无转矩波动。这种看法也欠妥,DTC中由于存在转矩Band-Band控制,转矩平均值不会受磁链变化影响而波动,磁链变化只影响电流波形对于VC,由于变频器按PWM模式工作,在一个开关周期内是不可控制,也不是连续控制,同样存在电流脉动并导致转矩脉动的问题,6SE70的转矩脉动为2%。

综上所述,作者认为这两种系统无本质区别,只不过在实现转矩控制时走了不同的路,不存在谁优于谁,谁取代谁的问题。

4 有速度(位置)传感器和无速度(位置)传感器系统

在矢量控制和直接力矩控制系统开发的初期都要求在电机轴上装设编码器,测取速度(位置)信号,有些场合安装编码器困难,所以又开发了无速度传感器系统。无速度传感器系统现在是热门话题,方法很多,但真正用于工业产品的都基于同样原理--电压、电流模型法。

电压模型使用电机参数较少,在速度高于5-10%(高速)时,计算精度较高,低于5-10%(低速)时,由于电压太小,计算误差大。电流模型使用电机参数多,特别是受转子电阻变化影响大,计算误差略大,但这误差与转速无关。在有速度传感器的系统中,高速时使用电压模型,控制精度高低速时使用电流模型,精度虽不如高速时,但仍能正常运行。在无速度传感器系统中,高速时转速角速度靠比较电压电流模型计算结果辨识得到,因此只能达到有速度传感器系统的低速时水平低速时由于电压模型不准,基准没了,无法辨识 ,系统只能抛弃矢量控制,改为开环工作。现在市场上的无速度传感器矢量控制系统在低速时都是开环系统,性能差。它们只适合用于无长期低速运行工况,且高速时调速精度要求不高的场合。

有的公司宣称它的无速度传感器矢量控制系统在静止时也能产生满力矩,这话没错,但也有宣传成分。因为在静止时,速度为零是已知的,不需辨识,但一转起来,长期低速运行就不行了。

在表2中列出了6SE70系列变频器在有、无编码器时的性能。

6 结论

1) 大功率节能调速一律采用6kv10kv“直接变频”不合理,应根据功率选择合理电压等级。大功率的变频器采用高电压,尽量采用电流大的器件,降低器件的串联个数。

2) 矢量控制和直接力矩控制各有优缺点,只是不同公司走了不同路,并无谁优于谁,谁取代谁的问题。

3) 无速度传感器系统只适用于无长期低速工况,高速时性能要求不高的场合。

4) 200kw-315kw功率档次的电机,国内的实际情况是380v电压等级占很大一部分。

5) vc和dtc的优劣,商业宣传成分较大让他们去争论吧。

6) 从性价比角度考虑变频电压等级选择的合理性,315kw以下可选380v,250-800kw可选用660v,500kw以上可选用6kv高-高变频或6kv、10kv高-低-高变频。

7) 高-高产品价格高。高-低-高产品占变压器的位置本身功耗略高,但可靠性好价格也好。

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