變頻器發(fā)展應用

變頻器發(fā)展應用

一、矩陣變頻器的出現(xiàn)

多年來，電氣傳動專家一直都在討論關于“矩陣變換”技術的變頻器將會是下一代變頻器。幾個主要的傳動供應商包括羅克韋爾、西門子等都在研究該項技術。輿論一直認為：盡管矩陣變頻器具有非常誘人的前景，但是由于成本太高而無法在目前進行商業(yè)化應用。

從原理上講，矩陣變頻器使用了一組電力半導體開關，按照預定的數學算法控制開關順序，并直接連接到三相電機上。在安川矩陣變頻器中有9個開關，每一個都有2個IGBT組成雙向開關，能允許正向電壓和負向電壓通到電機上。IGBT數量的增加是導致矩陣變頻器造價昂貴的其中一個因素。

矩陣變頻器使用了三相電壓輸入來控制輸出電壓，這就不僅能吸收任何電流雜波，也能提供一個清潔的輸出電壓，也就是說“可以有效地進行輸入電源電流控制與輸出電壓控制”。這也是矩陣變頻器吸引人們的一個重要點：能大大降低輸入電流諧波的產生，只有大約傳統(tǒng)交-直-交變頻器的20%以下。而且矩陣變頻器的電流幾乎是正弦波，即使在帶載情況下，也是如此。當有再生發(fā)電時，電流能以180°轉換并反饋到電網中，而且也是以正弦波方式。在再生制動方式的工作中，矩陣變頻器不需要制動電阻或特殊的變換器。反饋回的電亦無需額外的設備進行處理。總之，傳動能在四象限高效率地運行。

另外，一個吸引點就是矩陣變頻器去掉了直流電容，作為有一定壽命地鋁電解電容，交—直—交變頻器就必須在一定年限更換電容，如5~8年，矩陣變頻器就能長時間可靠工作。

在安川的計劃中，矩陣變頻器將逐步覆蓋400V的~22kW，直至75kW，當然也有200V級的~45kW變頻器。至于價格策略目前尚未公布，但基本上為目前通功率段傳統(tǒng)變頻器的2倍左右。

二、以網絡配置為主的系統(tǒng)化

變頻器的網絡化配置主要基于三個層面：設備層、控制層和信息層。其中變頻器做為執(zhí)行器，可以配接最基本的RS232/RS485串行通訊協(xié)議、Profibus等的現(xiàn)場總線協(xié)議以及Internet局域網協(xié)議。針對不同的控制系統(tǒng)和不同的用戶要求，配置和選用不同的網絡協(xié)議。

網絡化配置的變頻器具有以下顯著的特點：

高精度的頻率設定；

遠程控制與工廠信息化的基本要素；

遠程診斷系統(tǒng)。

通過網絡設定頻率是一種高精度的頻率設定，其具有通訊速率高，穩(wěn)定可靠，接線簡單等優(yōu)點，而且在模擬量控制時，輸出端經過一個數模轉換器，經過導線，進入輸入端又經過一個模數轉換器才能參與控制。兩個轉換器位數不同和導線損耗都可能造成一定誤差，而通訊傳遞直接是數字量，不需要轉換，沒有誤差，在傳輸過程中不會造成損耗，而且響應速度率也會很高。

變頻器經常被用于系統(tǒng)復雜、工作環(huán)境惡劣、高負荷、長時間運行的工況中，如無人值守泵站、油田磕頭機等。變頻器故障率在這種環(huán)境中自然，比較高，一般都采取事后維修的方式進行，隨著電子技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的維修方式將變?yōu)楣收项A報和整機在線維修。有必要對其實現(xiàn)在線工作狀態(tài)的監(jiān)測以及常規(guī)故障機理的綜合分析研究，以便對其故障的事先診斷分析。目前大功率變頻器的故障診斷、遠程監(jiān)控系統(tǒng)及智能控制方面取得了較大進展，并已經投入實際運行。請登陸：輸配電設備網瀏覽更多信息

在網絡化日益普及的今天，與普通的點對點硬線連接方式而言，通過高速通訊連接的變頻器系統(tǒng)可以最大程度上降低系統(tǒng)維護時間、提高生產效率、減少運行成本。目前安裝的現(xiàn)場總線模塊有ProfibusDP、Interbus、DeviceNet、CANOpen和ModbusPlus等。用戶可以有更大的自由根據生產過程來選擇PLC型號和品牌，并非常簡單地集成到現(xiàn)有地網絡中去。而且通過現(xiàn)場總線模塊，可以不考慮變頻器的型號，而以同一種語言來與不同功率段、不同型號地變頻器進行組構，如功率、速度、轉矩、電流、設定值等。

由于采用了通訊方式，可以通過PC機來方便地進行組態(tài)和系統(tǒng)維護，包括上傳、下載、復制、監(jiān)控、參數讀寫等。

以SEWMOVIDRIVE變頻器為例，它可以如圖2組成WAGO-I/O系統(tǒng)，利用后者地現(xiàn)場總線技術進行通訊互聯(lián)。這種連接方式能通過WAGO的可編程總線控制器PFC實現(xiàn)變頻器到網絡控制主機之間的輸入數據過程、輸出數據過程的交換。而且，總線互聯(lián)方式可以通過WAGO公司專用的軟件功能塊方便地進行變頻器參數的讀齲該方式能在最大程度上降低變頻器系統(tǒng)的構建成本。

三、同步電機的配合應用

交流同步電動機已成為交流可調速傳動中的一顆新星，特別是永磁同步電動機，電機是無刷結構，功率因數高、效率也高，轉子轉速嚴格與電源頻率保持同步。同步電機變頻調速系統(tǒng)有他控變頻和自控變頻兩大類，自控變頻同步電機在原理上和直流電機極為相似，用電力電子變流器取代了直流電機的機械換向器，如采用交-直-交變壓變頻器時叫做“直流無換向器電機”或稱“無刷直流電動機”。傳統(tǒng)的自控變頻同步機調速系統(tǒng)有轉子位置傳感器，現(xiàn)正開發(fā)無轉子位置傳感器的系統(tǒng)，且已經取得重大進步和在市場的成功應用。同步電機的他控變頻方式也可采用矢量控制，其按轉子磁場定向的矢量控制比異步電機簡單。

采用同步電機的最有效特點：

大大降低電機尺寸；

高效率的轉矩輸出；

無編碼器運行。

目前大多數的紙機需要安裝速度編碼器來反饋電機轉速，而且編碼器也被證明是可靠的。但是安裝的編碼器由于是采用軸承需要常規(guī)定期性的維護保養(yǎng)和潤滑，在一個大型的紙機上每隔一定的周期還必須更換所有的編碼器以防止意外的由編碼器故障引起的紙機停機。從這個層面上來說，無編碼器的運行自然是同步電機直接傳動的一個優(yōu)點和著眼點。

電機的實際速度是需要同時反饋和監(jiān)測的，一個計算電機速度的新方法已經在ACSDTC得到發(fā)展和應用。為ABB造紙部門對直接傳動的37kW永磁電機進行測試得出的波形曲線。上面的2條曲線是表示經速度編碼器測量的數據和通過變頻器計算出來的數據。從圖中可以看出兩條曲線幾乎是一致的，即使在動態(tài)擾動中也是少有偏差。第3條曲線是表示電機由于突加負載產生的電機轉矩，該負載的變化大概是正常負載的1/3，以表示在電機在正常運行下突然有一個大的變化。將ABB傳統(tǒng)的交流傳動