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代理西門子變頻器,德國西門子變頻器工作原理
最近更新時間:2012-2-24
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代理西門子變頻器,德國西門子變頻器工作原理
1 西門子變頻器的工作原理
我們知道,交流電動機的同步轉(zhuǎn)速表達式位:
n = 60 f(1 - s)/p (1)
式中 n——— 異步電動機的轉(zhuǎn)速;
f——— 異步電動機的頻率;
s——— 電動機轉(zhuǎn)差率;
p——— 電動機極對數(shù)。
由式 (1) 可知,轉(zhuǎn)速 n 與頻率 f 成正比,只要改變頻率 f 即可改變電動機的轉(zhuǎn)速,當(dāng)頻率 f 在 0 ~ 50Hz 的范圍內(nèi)變化時,電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。西門子變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的,是一種理想的率、高性能的調(diào)速手段。
2 西門子變頻器控制方式
低壓通用變頻輸出電壓為 380 ~ 650V ,輸出功率為 0.75 ~ 400kW ,工作頻率為 0 ~ 400Hz ,它的主電路都采用交 — 直 — 交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。
2.1U/f=C 的正弦脈寬調(diào)制( SPWM )控制方式
其特點是控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低,機械特性硬度也較好,能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求,已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是,這種控制方式在低頻時,由于輸出電壓較低,轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著,使輸出zui大轉(zhuǎn)矩減小。另外,其機械特性終究沒有直流電動機硬,動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意,且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變化,轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機轉(zhuǎn)矩利用率不高,低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降,穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。
2.2 電壓空間矢量( SVPWM )控制方式
它是以三相波形整體生成效果為前提,以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的,一次生成三相調(diào)制波形,以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進行控制的。經(jīng)實踐使用后又有所改進,即引入頻率補償,能消除速度控制的誤差;通過反饋估算磁鏈幅值,消除低速時定子電阻的影響;將輸出電壓、電流閉環(huán),以提高動態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多,且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié),所以系統(tǒng)性能沒有得到*。
2.3 矢量控制( VC )方式
矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動機在三相坐標(biāo)系下的定子電流 Ia 、 Ib 、 Ic 、通過三相-二相變換,等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流 Ia1Ib1 ,再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換,等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流 Im1 、 It1 ( Im1 相當(dāng)于直流電動機的勵磁電流; It1 相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流),然后模仿直流電動機的控制方法,求得直流電動機的控制量,經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換,實現(xiàn)對異步電動機的控制。其實質(zhì)是將交流電動機等效為直流電動機,分別對速度,磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈,然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量,經(jīng)坐標(biāo)變換,實現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應(yīng)用中,由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測,系統(tǒng)特性受電動機參數(shù)的影響較大,且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜,使得實際的控制效果難以達到理想分析的結(jié)果。 :徐美玲 :
公司地址:上海市黃浦區(qū)北京東路668號科技京城東樓20樓C-2座
代理西門子變頻器,德國西門子變頻器工作原理
西門子變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、再次整流(直流變交流)、制動單元驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成的。
1. 電機的旋轉(zhuǎn)速度為什么能夠自由地改變?
*1: r/min
電機旋轉(zhuǎn)速度單位:每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù),也可表示為rpm.
例如:2極電機 50Hz 3000 [r/min]
4極電機 50Hz 1500 [r/min]
結(jié)論:電機的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例
本文中所指的電機為感應(yīng)式交流電機,在工業(yè)中所使用的大部分電機均為此類型電機。感應(yīng)式交流電機(以后簡稱為電機)的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機的極數(shù)和 頻率。由電機的工作原理決定電機的極數(shù)是固定不變的。由于該極數(shù)值不是一個連續(xù)的數(shù)值(為2的倍數(shù),例如極數(shù)為2,4,6),所以一般不適和通過改變該值 來調(diào)整電機的速度。
另外,頻率能夠在電機的外面調(diào)節(jié)后再供給電機,這樣電機的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。
因此,以控制頻率為目的的西門子變頻器,是做為電機調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。
n = 60f/p
n: 同步速度
f: 電源頻率
p: 電機極對數(shù)
結(jié)論:改變頻率和電壓是*的電機控制方法
如果僅改變頻率而不改變電壓,頻率降低時會使電機出于過電壓(過勵磁),導(dǎo)致電機可能被燒壞。因此西門子變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時,電壓卻不可以繼續(xù)增加,zui高只能是等于電機的額定電壓。
例如:為了使電機的旋轉(zhuǎn)速度減半,把西門子變頻器的輸出頻率從50Hz改變到25Hz,這時西門子變頻器的輸出電壓就需要從400V改變到約200V
2. 當(dāng)電機的旋轉(zhuǎn)速度(頻率)改變時,其輸出轉(zhuǎn)矩會怎樣?
*1: 工頻電源
由電網(wǎng)提供的動力電源(商用電源)
*2: 起動電流
當(dāng)電機開始運轉(zhuǎn)時,西門子變頻器的輸出電流
西門子變頻器驅(qū)動時的起動轉(zhuǎn)矩和zui大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動
電機在工頻電源供電時起動和加速沖擊很大,而當(dāng)使用西門子變頻器供電時,這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動會產(chǎn)生一個大的起動起動電流。而當(dāng)使用西門子變頻器時,西門子變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的,所以電機起動電流和沖擊要小些。
通常,電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減?。ㄋ俣冉档停┒鴾p小。減小的實際數(shù)據(jù)在有的西門子變頻器手冊中會給出說明。
通過使用磁通矢量控制的西門子變頻器,將改善電機低速時轉(zhuǎn)矩的不足,甚至在低速區(qū)電機也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。
3. 當(dāng)西門子變頻器調(diào)速到大于50Hz頻率時,電機的輸出轉(zhuǎn)矩將降低
通常的電機是按50Hz電壓設(shè)計制造的,其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速. (T=Te P=Pe)
西門子變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時,電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。
當(dāng)電機以大于50Hz頻率速度運行時,電機負載的大小必須要給予考慮,以防止電機輸出轉(zhuǎn)矩的不足。
舉例,電機在100Hz時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1/2。
因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速. (P=Ue*Ie)
4、矢量控制是怎樣使電機具有大的轉(zhuǎn)矩的?
轉(zhuǎn)矩提升:此功能增加西門子變頻器的輸出電壓,以使電機的輸出轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比的關(guān)系增加,從而改善電機的輸出轉(zhuǎn)矩。改善電機低速輸出轉(zhuǎn)矩不足的技術(shù),使用"矢量控制",可以使電機在低速,如(無速度傳感器時)1Hz(對4極電機,其轉(zhuǎn)速大約為30r/min)時的輸出轉(zhuǎn)矩可以達到電機在50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩(zui大約為額定轉(zhuǎn)矩的150%)。對于常規(guī)的V/F控制,電機的電壓降隨著電機速度的降低而相對增加,這就導(dǎo)致由于勵磁不足,而使電機不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力。為了補償這個不足,西門子變頻器中需要通過提高電壓,來補償電機速度降低而引起的電壓降。西門子變頻器的這個功能叫做"轉(zhuǎn)矩提升"(*1)。轉(zhuǎn)矩提升功能是提高西門子變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓,電機轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對應(yīng)的提高。 因為電機電流包含電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量(如勵磁分量)。"矢量控制"把電機的電流值進行分配,從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機電流分量和其它電流分量(如勵磁分量)的數(shù)值。"矢量控制"可以通過對電機端的電壓降的響應(yīng),進行優(yōu)化補償,在不增加電流的情況下,允許電機產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩。此功能對改善電機低速時溫升也有效。
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:徐美玲
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