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变频器的多元化发展

日期: 2019-02-28
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  变频器配套设备供应商提醒您:变频器性能的优劣,一要看其输出交流电压的谐波对电动机的影响;二要看对电网的谐波污染和输入功率因数;三要看本身的能量损耗如何。


  在变频器主电路的拓扑结构方面,变频器的网侧变流器对低压小容量的装置常采用6脉波变流器,而对中压大容量的装置采用多重化12脉波以上的变流器。负载侧变流器对低压小容量装置常采用两电平的桥式逆变器,而对中压大容量的装置采用多电平逆变器。对于四象限运行的转动,为实现变频器再生能量向电网回馈和节省能量,网侧变流器应为可逆变流器,同时出现了功率可双向流动的双PWM变频器,对网侧变流器加以适当控制可使输入电流接近正弦波,减少对电网的公害。


  脉宽调制变压变频器的控制方法可以采用正弦波脉宽调制控制、消除指定次数谐波的PWM控制、电流跟踪控制、电压空间矢量控制(磁链跟踪控制)。


  交流电动机变频调整控制方法的进展主要体现在由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转矩控制( Direct Torque Control,DTC)发展,和开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。


  微处理器的发展使数字控制成为现代控制器的发展方向。运动控制系统是快速系统,特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。近几年来,国外各大公司纷纷推出以DSP(数字信号处理器)为基础的内核,配以电动机控制所需的外围功能电路,集成在单一芯片内的称为DSP单片电动机控制器,价格大大降低,体积缩小,结构紧凑,使用便捷,可靠性提高。DSP和普通的单片机相比,处理数字运算能力增强了10 -15倍,可确保系统有更优越的控制性能。数字控制使硬件简化,柔性的控制算法使控制具有很大的灵活性,可实现复杂的控制规律,使现代控制理论在运动控制系统中应用成为现实,易于与上层系统连接进行数据传输,便于故障诊断、加强保护和监视功能,使系统智能化(如有些变频器具有自调整功能)。


  变频器的网络化配置主要基于3个层面:设备层、控制层和信息层。其中变频器作为执行器,可以配接最基本的RS232/RS485串行通信协议、PROFIBUS等现场总线协议以及局域网协议。针对不同的控制系统和不同的用户要求,配置和选用不同的网络协议。


  网络化配置的变频器具有高精度的频率设定、远程控制与工厂信息化的基本要素以及远程诊断系统的特点。通过网络设定频率是一种高精度的频率设定,其具有通信速率高,稳定可靠,接线简单等优点,而且在模拟量控制时,输出端经过一个数/模转换器,经过导线,进入输入端(变频器)又经过一个模/数转换器才能参与控制。两个转换器位数不同和导线损耗都可能造成一定误差,而通信传递直接是数字量,不需要转换,没有误差,在传输过程中不会造成损耗,而且响应速度率也会很高。


  变频器经常被用于系统复杂、工作环境恶劣、高负荷、长时间运行的工况中,如无人值守泵站、油田抽油机等,变频器故障率在这种环境中自然比较高,一般都采取事后维修的方式进行,随着电子技术的发展,传统的维修方式将变为故障预报和整机在线维修。因此,有必要对其实现在线工作状态的监测以及对常规故障机理进行综合分析研究,以便对其故障的事先诊断分析。目前大功率变频器的故障诊断、远程监控系统及智能控制方面取得了较大进展,并已经投入实际运行。


  在网络化日益普及的今天,对普通的点对点硬线连接方式而言,通过高速通信连接的变频器系统可以最大程度上降低系统维护时间、提高生产效率、减少运行成本。目前安装的现场总线模块有PROFIBUS- DP、Interbus、DeviceNet、CANOpen和ModbusPlus等。用户可以有更大的自由根据生产过程来选择PLC型号和品牌,并非常简单地集成到现有的网络中去。而且通过现场总线模块可以不考虑变频器的型号,而以同一种语言来与不同功率段、不同型号的变频器进行组构,如功率、速度、转矩、电流、设定值等。


  由于采用了通信方式,可以通过PC来方便地进行组态和系统维护,包括上传、下载、复制、监控、参数读写等。


  工业控制网络作为工业企业综合自动化系统的基础,现今推出的变频器具有极其灵活的通信功能,通过总线不仅可在变频器之间进行通信,还可与PLC或上一级自动化系统进行通信,如西门子SIMOVERT MASTERDRIVES安装通信模件后,即可通过PROFIBUS- DP以12Mbit/s的速率,或CAN总线与更高级别的系统或与其他变频传动装置通信。通过一个高水平的、用户友好的界面,变频器的所有参数都可形象化地显示、设定、处理,也可进行诊断操作以及实现在线或离线操作等。


  此外,随着变频器的进一步推广和应用,用户也在不断提出各种新的要求,促使变频器功能多样化。


  近年来,人们对环境问题非常重视,并出现了“绿色产品”的名称,因此也必须考虑变频器对周围环境的影响。在变频器的推广和应用初期,噪声问题曾经是一个比较大的问题,随着IGBT的低噪声变频器的出现,噪声问题基本上得到了解决。通过在变频器中采用PWM整流电路,基本上解决了变频器本身造成的谐波,防止影响接于同一电源上的其他设备。随着变频技术的发展以及人们对环境问题的重视,变频器对周围环境的影响可以不断减少,无公害化变频器的推出已经成为大势所趋。


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