通用变频器控制方式

通用变频器控制方式（共6篇）

通用变频器控制方式 篇1

0 引言

在电力拖动系统中, 三相异步电动机因结构简单、价格便宜、坚固耐用、维护方便等诸多优点被广泛应用在工业领域;但其数学模型复杂, 是一个高阶、强耦合、非线性的多变量系统, 对其电磁转矩的控制, 不能像直流电动机那样通过励磁电流和电枢电流来灵活地进行控制[1], 所以异步电动机在较长一段时间内主要应用在无调速要求的传动系统中。

20世纪60年代以来, 随着电力电子技术、计算机技术和自动化技术的发展, 变频调速技术逐步发展并得到了广泛的应用。目前, 在交流调速系统中, 变频调速是效率最高、性能最好的调速手段, 可以使系统达到和直流调速相媲美的性能。通用变频器按控制方式分为三种类型:U/f控制方式, 转差频率控制方式、矢量控制和直接转矩控制方式, 本文详细分析了四种方式的控制原理、优缺点及其应用场合, 为工程技术人员选择变频器时提供参考。

1 U/f控制变频器

1.1 控制原理

三相异步电动机定子每相电动势的有效值是:

如果定子每相电动势的有效值E1保持不变, 改变定子频率时就会出现两种情况:

这就是U/f控制方式。随着频率的降低, U1和E1也较小, 定子阻抗上的压降所占分量比较显著, 不能忽略, 导致电动机的最大转矩减小。为此, 在低频时, 应适当提高U1, 来补偿定子阻抗上的压降, 这种方法称为转矩补偿。

1.2 优缺点

优点:结构简单, 工作可靠, 控制运算速度要求不高;

缺点:调速精度和动态性能较差;只控制了气隙磁通, 不能调节转矩, 性能不高;由于不含有电流控制, 起动时必须具有给定积分环节, 以抑制电流冲击;低频时转矩不足, 需转矩补偿, 以改变低频时转矩特性。

1.3 应用

U/f控制方式在应用中有普通型和恒定电磁转矩功能型两种。普通型U/f控制变频器是转速开环控制, 无需速度传感器, 控制电路比较简单, 性价比较高, 是目前通用型变频器产品中使用较多的一种控制方式。风机、泵类负载, 负载转矩与转速的平方成正比, 低速时负载转矩较小, 通常选择普通功能性U/f控制变频器。

恒定电磁转矩功能型是为了使转子磁通恒定不随负载的变化而变化, 采用磁通回馈控制使异步电动机所输入的三相正弦电流在空间产生圆形旋转磁场, 从而产生恒定的电磁转矩。由于磁链的轨迹是靠电压空间向量相加得到的, 所以这种控制方法也称为“电压空间向量控制”, 这种功能的实现仍是通过控制定子电压和频率之间的关系来实现的, 属于U/f控制方式。搅拌机、挤压机、传送带、厂内运输电车、起重机的提升机构和提升机等恒转矩类负载, 采用此类变频器是比较理想的[2]。

2 转差频率控制 (SFC) 变频器

2.1 控制原理

从异步电动机的等效电路图得出, 异步电动机稳态运行时所产生的电磁转矩为

式中, 转差频率fs=sf1, 是施加于电动机的交流电压频率f1 (变频器的输出频率) 与以电动机实际速度nn作为同步转速所对应的电源频率fn的差频率, 即f1=fs+fn。电动机稳态运行时, 转差频率较小, 如果E1/f1=常数, 则电动机的转矩基本上与转差频率成正比。在进行变频调速时, 在电动机转子上安装测速发电机等速度检出器得出fn, 并根据希望得到的转矩调节变频器的输出频率f1, 这样就可以使电动机得到设定的转差频率fs0, 即使电动机具有所需的输出转矩。这就是转差频率的控制原理, 是一种直接控制转矩的方法。

2.2 优缺点

优点:基本上控制了电机转矩, 提高了转速调节的动态性能和稳态精度, 同时还可以控制电动机的转子电流, 起到保护电动机的作用。

缺点:不能真正控制动态过程的转矩, 动态性能不理想。

2.3 应用

应用于对系统静态、动态性能指标要求不太高的生产系统中。

3 矢量控制 (VC) 变频器

3.1 控制原理

矢量控制是一种高性能异步电动机的控制方式, 它仿照直流电动机的调速特点, 以电流产生的旋转磁动势相同为准则, 将异步电动机的定子电流, 即变频器的输出电流iA、iB、iC通过3s/2s变换, 由 (4) 式实现, 等效为两相静止坐标系下的两相交流电流iα、iβ, 再利用2s/2r坐标变换, 由 (5) 式实现, 等效为两相旋转坐标系下的两相直流电流id、iq, id是产生磁场的电流分量 (励磁电流) , iq是产生转矩的电流分量 (转矩电流) 。

(5) 式中, θ为两相静止坐标系α、β中的α轴与两相旋转坐标系d、q中的d轴之间的夹角, 这样异步电动机经坐标变换就可以等效为直流电动机, 模拟直流电动机的控制方法, 求得直流电动机的控制量, 经过相应的坐标反变换, 就能够控制异步电动机, 通常保持励磁电流不变, 改变转矩电流来控制电机转矩, 进而控制电动机的转速, 控制原理如图1。

3.2 优缺点

优点:将定子电流解耦为励磁电流和转矩电流, 分别控制, 提高了控制性能。

缺点:采用转子磁场定向, 对电机参数的依赖性大, 而电机参数存在时变性, 难以达到理想的控制效果[3]。

3.3 应用

矢量控制分为带速度反馈的矢量控制和无速度反馈的矢量控制。带速度反馈的控制方式不但可以使电动机得到很硬的机械特性, 还具有很好的动态响应性能, 轧钢、造纸、塑料薄膜加工线这一类对动态性能要求较高的机械, 原来多采用直流传动方式, 目前可采用有速度传感器的向量控制变频器进行控制;无速度反馈的向量控制应用在一些对动态响应要求不高的场合。

4 直接转矩控制 (DTC) 变频器

4.1 控制原理

直接转矩控制摒弃了向量控制中解耦的思想, 在定子坐标系 (α—β) 下分析交流电动机的数学模型, 通过电动机定子电压和电流, 借助瞬时空间向量理论计算电动机的磁链和转矩, 并根据与给定值比较所得差值, 采用两点式 (Bang-Bang) 控制, 对PWM开关模式进行选择, 实现对磁链和转矩的直接控制。控制原理如图2所示。

4.2 优缺点

优点:采用定子磁场定向, 对电机参数的依赖性减小;通过转矩偏差和定子磁链偏差来确定电压向量, 不必进行复杂的坐标变换, 计算大大简化。

缺点:会出现转矩脉动, 且相对于向量控制来说, 调速范围不够宽。

4.3 应用

直接转矩控制技术由于控制系统结构简单, 动静态性能优良已获得广泛的实际应用, 特备适用于需要快速转矩响应的大惯量运动控制系统中, 如电力机车。

5 结语

变频器的每种控制方式都有缺点, 为了获得更好的控制性能, 可将一种控制方法和其他控制方法结合起来使用, 如转差频率矢量控制变频调速系统。除上述四种控制方式外, 还有一些控制方式在变频器的控制中得以实现, 如最优控制、自适应控制、差频控制、环流控制等。控制方式是决定变频器性能的关键所在, 选用变频器时并不是档次越高越好, 而要按实际的负载特性, 以满足使用要求为准, 做到量才使用、经济实惠。

摘要：在三相异步电动机的调速系统中, 变频调速因其调速方便、节能、运行可靠等优点, 已逐步取代了传统的变极调速、电磁调速和调压调速等调速方式。阐述了变频器中常用的四种控制方式, 分析了它们的工作原理、优缺点及应用场合, 为变频器的选用提供一个参考。

关键词：三相异步电动机,变频器,控制方式

参考文献

[1]张贞艳, 左瑞.三相异步电动机矢量控制系统的研究[J].煤矿机械, 2014, 35 (1) :57-59.

[2]宋峰青, 陈立香.变频技术[M].北京:中国劳动社会保障出版社, 2008.

[3]程启明, 程尹曼, 等.交流电机控制策略的发展综述[J].电力系统保护与控制, 2011, 39 (9) :145-154.

变频器的控制方式及应用 篇2

关键词：控制方式,应用选型,注意事项

1、引言

变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代以后,电力电子器件的更新促进了电力电子变换技术的不断发展。20世纪70年代开始,脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代,作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣,并得出诸多优化模式,其中以鞍形波PWM模式效果最佳。

2、变频器控制方式

2.1 U/f=C的正弦脉宽调制(SPW M)控制方式

其特点是控制电路结构简单、成本较低,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求,已在产业的各个领域得到广泛应用。

2.2 电压空间矢量(SVPWM)控制方式

它是以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,一次生成三相调制波形,以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进,即引入频率补偿,能消除速度控制的误差;通过反馈估算磁链幅值,消除低速时定子电阻的影响;将输出电压、电流闭环,以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多,且没有引入转矩的调节,所以系统性能没有得到根本改善。

2.3 矢量控制(VC)方式

矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相-二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1,再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流;It1相当于与转矩成正比的电枢电流),然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度,磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制。

2.4 直接转矩控制(DTC)方式

1985年,德国鲁尔大学的De Penbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足,并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前,该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机,因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制,也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。

3、变频器控制方式的合理选用

控制方式是决定变频器使用性能的关键所在。目前市场上低压通用变频器品牌很多,包括欧、美、日及国产的共约50多种。选用变频器时不要认为档次越高越好,而要按负载的特性,以满足使用要求为准,以便做到量才使用、经济实惠。

4、变频器的外部配置及应注意的问题

(1)选择合适的外部熔断器,以避免因内部短路对整流器件的损坏变频器的型号确定后,若变频器内部整流电路前没有保护硅器件的快速熔断器,变频器与电源之间应配置符合要求的熔断器和隔离开关,不能用空气断路器代替熔断器和隔离开关。(2)变频器的接地;变频器正确接地是提高系统稳定性,抑制噪声能力的重要手段。变频器的接地端子的接地电阻越小越好,接地导线的截面不小于4mm,长度不超过5m。变频器的接地应和动力设备的接地点分开,不能共地。信号线的屏蔽层一端接到变频器的接地端,另一端浮空。变频器与控制柜之间电气相通。(3)电磁干扰问题:变频器在工作中由于整流和变频,周围产生了很多的干扰电磁波,这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰,而且会产生高次谐波,这种高次谐波会通过供电回路进入整个供电网络,从而影响其他仪表。如果变频器的功率很大占整个系统25%以上,需要考虑控制电源的抗干扰措施。

5、常见故障分析

(1)过流故障。过流故障可分为加速、减速、恒速过电流。其可能是由于变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均,输出短路等原因引起的。这时一般可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查。如果断开负载变频器还是过流故障,说明变频器逆变电路已环,需要更换变频器。(2)过载故障。过载故障包括变频过载和电机过载。其可能是加速时间太短,电网电压太低、负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等。(3)欠压。说明变频器电源输入部分有问题,需检查后才可以运行。

6、应用举例

ABB公司ACS600系列变频器在聚乙烯车间挤压造粒机组上的应用,应用中出现的一些问题:变频器的发热量大,它的冷却系统不是很完善。噪音比较大,安装时采取隔音措施。人机界面语言是英语,最好增加汉语,这样操作起会来更方便。

7、结语

简述变频器的远程控制方式及应用 篇3

文章主要从变频器的远程控制、实现远程控制过程中应注意的问题和变频器远程控制的具体应用这三个方面来对其分别进行介绍。

1 变频器的远程控制

为了更好的对变频器的远程控制进行说明, 文章分别从变频器工作原理、变频器远程控制过程、远程控制器的使用及远程控制系统的搭建这几个方面来分别进行介绍。

1.1 变频器工作原理

所谓变频器指的就是通过对电力半导体的控制, 使工频发生改变的电能控制装置。常规的变频器主要通过整流、滤波等过程, 并采用交流、直流、交流互变的方式来实现频率改变的。其中, 交流变为直流的过程, 可通过二级管整流桥和电容的作用来实现滤波。

1.2 变频器的远程控制过程

在变频器的远程控制过程中, 系统中的电动机与变频器相连接, 用来进行电动机频率的调控。同时, 在操控室中安装有PLC, 用来输出动作相关的信号。当现场需要对电动机进行调控时, 由操控室发出动作指令, 动作指令可通过使用PLC转换来输出动作模拟信号, 经过网络传输, 被变频器的控制端接收, 变频器读取接收的信号, 将电机调整到指令动作或频率, 实现变频器的远程控制。

1.3 通过远程控制器来实现变频器的远程控制

实现变频器的远程控制离不开对远程控制器的应用, 远程控制器是一种通过RS485网络对变频器的启动、加速、减速、正转、反转、停止等动作进行控制的智能仪表。变频器远程控制器的种类有很多种, 依据变频器种类大致可分为标准型、加强型;依据通讯方式可分为有线型、无线型;同时还可以依据所采用的通讯协议进行分类。通过使用远程控制器不但可以实现对变频器动作的控制, 还可以实时显示出变频器的转速等运行状态相关信息。由于这种方法是基出网络来实现的, 那么就容易受到传速信号的干扰, 因此, 使用RS485网络的单机通讯距离一般在1200m左右, 适于使用在变频器与操控室距离小于1200m的工作场所。

1.4 远程控制系统的搭建

远程控制系统的重要组件主要有:中央控制中心、数据库及数据交换系统、实时通讯系统、实时监视系统、实时控制系统、实时预警系统这几部分组成。在搭建控制系统过程中, 首先要注意准备工频电源, 所谓工频电源就是指由电网提供的商用电源。电机在工频电源启动时, 其加速冲击往往较大, 但在接入变频器的电机上, 不可以直接使用工频电源, 以免因直接使用工频电源而发生起动电流过大, 损坏变频器的状况。

2 实现远程控制过程中应注意的问题

在实现远程控制过程中需要注意的问题有很多, 这里以频率与电压的匹配、变频器温度的控制、变频器的制动系统为例对其进行介绍。

2.1 要注意频率与电压的匹配

在进行电机频率的远程控制过程中, 还应注意对其电压的调控, 如果只改变频率不改变电压, 可能会靠成过电压, 从而导致电机烧坏的现象。当输出功率超过额定功率的时候, 电机电压的提升不可以高于额定电压, 做好电压的上限保护, 以免因瞬时高压对电机造成损坏。

2.2 要注意对变频器温度的控制

在变频器工作时, 其中的电流通过量是很大的, 发热现象是严重的, 而长期高温情况下运行变频器会降低其使用寿命, 其故障率也会随温度的升高而增加, 当温升超过10℃时, 变频器的使用寿命会减少一半以上。因此要重视对变频器的温控问题。通过经验积累, 可知其发热量可通过“发热量近似值=变频器容量×55”进行估算。

当进行控制柜的设置时, 首先, 要依据发热量设计好遇柜的尺寸;其次, 要注意电抗器与变频器的距离, 尽量将其安装位置隔开, 也可安装在柜子的上侧或侧方;再次, 要计划好散热器按放的位置, 尽量将其安放在机柜的外侧且垂直安装, 使其热量可以快速的发散。

2.3 注意变频器的制动系统

通过在变频器的直流端使用放电电阻单元组件, 可以将再生的能量在通过能耗制动电路中的电阻时逐渐转化为热能并消耗, 这就是电阻制动。通过使用制动系统, 可以实现电动机的时实停止, 精细化对变频系统的控制。

3 变频器远程控制的具体应用

现在变频器远程控制在冶金、石化和矿山中均被大量使用, 常用来控制风机的负载。通过对变频器的使用不但完成了对变频器的远程控制, 还可以大大改善用电量, 节约生产成本。与此同时, 在此基础上还可在风管上安装流量检测装置, 使风量信号可以传到操控室, 形成系统的闭环控制, 提高系统能力。通过使用变频器远程控制系统, 可以使现场的巡检人员的现场工作量大大减少, 提高系统的自动化程度, 从一定程度上方便了服务生产。通过以上对变频器的远程控制、实现远程控制过程中应注意的问题和变频器远程控制的具体应用的介绍, 希望可以为初学者起到参考作用。

摘要：在许多工程现场, 往往存在着控制电机与操控室间距离较远的情况, 这种情况对大型企业电控系统中的远程控制方案提出了更高的要求。与此同时, 伴随着企业工作现场总线的发展, 基于网络的远程控制变频器系统开始逐步进入我国的各大型企业之中。通过使用这种方式, 不但改善了远程控制的效果, 还起到了节约企业电量使用的作用, 逐步开始突显出越来越重要的作用。

关键词：变频器,远程控制,远程控制器,电压调控

参考文献

[1]许正军, 曾献辉.变频器的PC机控制[J].电气自动化, 2000, 3.

[2]夏德海.现场总线技术[M].第二版.北京:中国电力出版社, 2003, 9.

通用变频器控制方式 篇4

随着科学技术的飞速发展, 电梯技术的发展也极为迅速, 尤其是在电梯的速度控制上, 更是投入了先进的变频控制技术, 根据电梯的实际使用情况来调整运行速度, 为人们营造良好的乘梯环境。同时, 电梯变频控制技术能够对电梯运行的各项参数进行采集和分析, 一旦电梯运行异常, 可以及时地发现, 从而保证电梯变频控制的安全性、可靠性、舒适性。

1 电梯变频控制对电梯运行稳定性的影响

电梯是人们日常生活、生产以及工作中必不可少的重要工具, 电梯越来越受到人们的重视, 尤其是在人们生活水平不断提升的情况下, 对电梯运行的安全性、可靠性以及舒适性等也提出了更高的要求[1]。通过对以往电梯运行的调查中发现, 电梯在运行的过程中, 由于速度的不适宜, 经常会给人们带来不舒适感, 甚至会引发电梯安全事故, 让人们对电梯产生抗拒的心理, 不利于电梯行业的发展。而影响电梯运行速度的最关键因素则是电梯的速度变频器, 电梯变频控制器应本着以速度控制的方式进行, 应从硬件和软件等两方面对电梯运行速度进行优化, 这样才能根据电梯的实际使用情况, 对其速度进行控制, 并实现对电梯运行速度的调整, 从而有效的提高电梯运行的舒适度。并且, 在对电梯进行控制的过程中, 能够通过对数据的采集和分析, 了解电梯的运行问题, 并对其采取针对性的处理, 可见, 电梯变频控制器的重要性。

2 速度控制方式的电梯变频控制策略

在进行电梯变频控制的过程中, 应该采取有效的控制策略, 以下主要从硬件方面对电梯运行速度优化模块进行设计;从软件方面对电梯运行速度优化模块进行设计。以下就从这两大模块进行分析。

2. 1 从硬件方面对电梯运行速度优化模块进行设计

在科学技术飞速发展之下, 电梯技术的发展也极为迅速, 再加上人们对电梯使用的要求越来越高, 尤其是从安全性、舒适度等方面提出了更高的要求, 相关研究部门应对电梯的运行速度进行不断的优化, 以此来给人们创造更舒适的电梯运行条件[2]。基于速度控制方式的电梯变频控制, 应从硬件设计的角度对电梯的运行速度进行优化, 具体实施的策略如下。

2. 1. 1 对RS485 通信模块的优化

通信模块作为电梯变频控制的重要组成部分, 其运行的可靠性将直接影响着电梯变频控制的运行效率, 也就影响到电梯运行的安全性、可靠性以及舒适性, 因此, 在硬件上必须注重对通信模块的优化[3]。RS485 通信模块的主芯片主要是采用HVD3082 芯片, 该芯片在使用的过程中, 能够实现差分传送数据的功能。以下是RS485 通信模块的原理图 ( 如图1 所示) 。

根据图1 RS485 通信模块的原理图来看, 其中的TL43 和TL33 主要是控制通信设备两个通信接口的数据收发, TI54 电梯速度优化模块主要向外发送相应信号。而且, 该芯片主要是由内部电源5 V电压对其实施供电, TI64 主要是外设发送给电梯速度优化模块信号的接收引脚, 在对整个RS485 通信模块硬件设备进行优化过程中, 确保内部电源和内部之间的用电隔离, 避免在设备运行过程中出现相互干扰的问题, 从而有效提高通信设备运行的可靠性。

2. 1. 2 对接口模块的优化

电梯变频器在运行的过程中, 需要多种设备进行连接, 而接口模块则是电梯运行速度优化模块不可缺少的重要组成部分, 因此, 对接口模块的优化是必不可少的重要组成部分[4]。对接口模块的优化, 主要完善接口模块, 如, 命令通信接口、DC / DC内部电源模块、JTAG接口、控制通信接口等, 每个接口都有着不同的作用, 例如, 命令通信接口, 主要是用于电梯的速度优化模块和主控制器之间的数据通信接口; DC/DC内部电源模块, 主要是对内部实施供电, 提供内部电源; JTAG接口, 主要是用于连接仿真器; 控制通信接口, 顾名思义是通信接口主要用于电梯速度优化模块和变频器之间的信号输出和输入。

2. 1. 3 光耦隔离模块的优化

基于速度控制方式的电梯变频控制的策略实施, 除了以上几种对硬件设备的优化之外, 还需要对光耦隔离模块进行优化。在以往电梯运行的过程中, 内部电源和外部电源之间会产生一定的干扰情况, 给电梯运行的安全性、可靠性造成极大的影响, 因此, 在基于速度控制方式的电梯变频控制, 应做好光耦隔离模块的优化。通过利用光耦来将内部电源和外部电源进行隔离, 从而有效地避免内部和外部电源相互干扰的问题。一般情况下, 隔离光耦主要分为数据信号、控制信号两组, 具体选择的光耦型号应根据电梯的实际运行情况来定。

2. 2 从软件方面对电梯运行速度优化模块进行设计

除了以上从硬件方面考虑之外, 还要注重电梯运行速度优化模块的软件设计, 而且, 软件可以说是电梯变频控制的灵魂, 只有保证软件系统运行可靠, 才能确保硬件的稳定运行, 可见, 软件设计的重要性[5]。从电梯变频控制系统运行的情况来看, 速度曲线实时控制程序是电梯变频控制软件设计的重要部分, 是与电梯的运行速度有着直接的联系。笔者通过自身多年的工作经验, 对曲线实时控制程序的优化主要应按照理想的速度进行, 由于电梯所使用的场合不同, 以及电梯类型的不同, 使得电梯的运行理想速度也有着一定的差异性。在具体的曲线实时控制程序设计的过程中, 应结合电梯的实际使用情况采取相应的设计措施。例如, 在对某电梯运行速度优化模块的曲线实时控制程序进行优化的过程中, 主要对其采取四张曲线表, 并按照OA段、AB段、BC段、CD段等进行优化。在编程的过程中, 要求按照查表的方式来给出相关的速度实时值。而且, 电梯在额定速度以及非额定速度时, 其查表公式也有所不同, 对电梯运行的整体效果也有着很大的差异性, 结合实际情况对软件进行调整设计, 才能将电梯变频控制系统的最大作用充分地发挥出来。

3 结语

在科学技术飞速发展的过程中, 电梯技术的发展也极为迅速, 尤其是电梯行业的发展非常之快, 并在各个领域中得到了广泛的应用。然而, 在电梯运行的过程中, 其电梯的运行速度将对电梯运行的舒适性、安全性等造成直接的影响, 对此必须加强技术投入。通过本文对基于速度控制方式的电梯变频控制策略分析, 笔者结合自身的工作经验, 主要从硬件上对电梯运行速度优化模块进行设计, 以及从软件上对电梯运行速度优化模块进行设计, 并从这两方面内容展开分析, 希望能够对电梯运行速度进行科学的控制, 实现最佳的运行效果, 促进电梯行业的长远发展。

参考文献

[1]陈伟国, 赵国军, 王文良, 等.VVVF电梯的绝对剩余距离的速度控制研究[J].机电工程技术, 2012 (4) .

[2]唐国兰, 罗荣华, 吴云忠.分布式PLC控制系统在全连续棒材轧机速度控制中的应用[J].机电工程技术, 2011 (8) .

[3]贾建华, 丁国林.电梯曳引功能失效原因分析及预防措施[J].机电信息, 2014 (27) .

[4]朱兴华, 左健民, 汪木兰, 等.基于FPGA的数控系统脉冲式速度控制模块实现技术[J].制造业自动化, 2012 (16) .

通用变频器控制方式 篇5

广东省韶关发电厂2×200MW火力发电机组分别于1985年、1990年投产运行,日缷火车煤约5000t,设计煤种为本地无烟煤。入厂煤的运输方式有汽车与火车,进入两个设计存煤2.5万t的干煤棚,每个干煤棚内配有QD37.5-10的桥式抓斗各3台,编号为7-12#。

近年来所采购的入厂煤的质量差异比较大,有高热值、低挥发份越南煤,有高热值、高挥发份的山西煤、澳洲煤,有低热值、低挥发份的湘南煤。韶关发电厂根据入厂煤变化的实际情况,调整了煤场管理方式,建立了数字化煤场。6台10t桥式抓斗既要进行接卸火车煤的作业,又要完成数字化煤场的存煤、配煤作业,还要完成入炉煤的掺配等工作,作业量比较大,对其工作效率和运行性能的要求亦不断提高。桥式抓斗原有的电气设备控制方式存在缺陷,故障率相对比较高,无法满足生产要求。

1 桥式抓斗现状

6台10t桥式抓斗原设计的控制方式采用传统的CJ12-100A交流接触器、电机滑环碳刷架、碳刷、串联电阻、转子串电阻等电气元件进行控制,存在以下缺点:

(1)起动时冲击力大,对电机和机械部件损伤较为严重,交流接触器、电阻箱、滑环碳刷使用寿命短。

(2)电气控制元件多,在运行过程中,负载的变化比较复杂,电机处于频繁的正、反转切换运行,接触器频繁起动,经常发生触点烧蚀和转子绕阻烧坏等现象。

(3)大车由2台绕线电机牵引,2台电机的串电阻阻值有微小区别、电机本身特性略有不同和机械传动的误差,会产生大车不同步,造成大车轨道和轨道轮磨损和变形。

(4)提升及开闭钢丝绳由于受力不均,机械振动大,经常拉断。

(5)调速范围小,速度稳定性差,无法长时间低速下放重物。而且系统复杂、可靠性低、能耗大、故障率高。

2 桥式抓斗变频控制

要从根本上解决“桥式抓斗”故障率高的问题,只有彻底改变绕型电机转子串电阻的调速方式,利用变频器优越的软启及调速性能与完善的保护功能,为“桥式抓斗”的传动系统可靠运行提供有利的条件。

桥式抓斗控制系统变频改造成功的基本标准:系统可靠性要高,无故障,维护保养费用低;改造后桥式抓斗行车的工作效率不能降低;改造后桥式抓斗行车的操作方式和习惯要保持和改造前一致。

考虑到性价比,电机驱动采用开环控制(无PG,不使用编码器),并且在原有绕线式电动机基础上进行改造。

桥式抓斗变频控制采用矢量控制方式,使异步电动机变频调速后的机械特性及动态性能与直流电动机调压相当。

3 实现要点

(1)电气制动。当开闭、升降过快时,制动电阻将多余的能量以热能的形式消耗掉,实现精确停车。

(2)利用变频器和PLC相结合,使2台电机的运行参数相同时,由PLC发出提升信号,实现自动追速功能,以保证钢丝绳受力一致。

(3)起动时,PLC检测变频器内部的电流与频率,反馈到防控制程序,达到设定控制的重载力,机械抱闸方可打开。

(4)在开闭、升降停止时,工作电流、工作频率进入防程序进行过程分析,低于所设定值,抱闸关闭。在整个制动过程,首先是电气制动工作,当工作频率达到机械抱闸动作值,机械抱闸将机械抱死。停机过程是机械、电气制动同时工作,解决了对抱闸频繁维修的问题,保证了同步运行。

4 改造项目

(1)拆除现用的升降、开合控制箱以及大车行走控制箱,更换为升降、开合变频控制箱以及大车、小车变频控制箱。箱体用2mm钢板制造,防水防尘,箱内安装工业用的冷却空调器,保证变频器要求的恒定温度。

(2)更换桥式抓斗各电动机的动力电缆,选用CFR型船用电缆。升降、开合电机(定子、转子)用CFR-3×25mm2型船用电缆,大车电机用CFR-3×16mm2型船用电缆,小车电机用CFR-3×4mm2型船用电缆。

(3)更换整车的控制电缆,选用CFR型船用电缆,直线段套管用水管,限位开关用CFR-2×1.5mm2型船用电缆,主令控制器至控制箱用2.5mm2船用电缆(CFR)。

(4)控制升降、开合电机的变频器选用提升机专用的安川CIMR-G7A变频器;大、小车电机的变频器选用安川CIMR-F7B变频器。

(5)系统采用开环控制方式,当“抓斗”下降时,通过自动放电单元,将电动机的再生能量消耗在放电电阻上,并起到“能耗制动”的作用。

(6)为减少逻辑回路中物理电气结点、控制元件数量,采用PLC集中控制方式。PLC采用三菱FX2N系列。

(7)根据起重机检测要求,加装升降、开合超高限位装置,安装座是可调的,换钢丝绳前退出超高限位开关,换好后调回到工作位置。

5 变频控制的优越性

变频控制改造后,与原控制方式比较,有如下优越性:整机运转的可靠性能提高,节约能源,提高生产力;多段速调速控制实现安全、精确和有效的起重机操作;保护负载不受损伤,且减少了部件及结构的磨损和机械应力;平滑的加减速,使振动和冲击变小,并减小负载的晃动;起动电流小,最大不超过电动机额定电流的100%~150%,频繁起动和停止时,电机热耗减小,延长了电机寿命;在重负荷时,起重机也能在各档速度下运行,在空中停止后重新启动,无溜车现象;在磁通优化下,变频器和电机的总效率可提高1%~10%;可通过磁通制动停止电机和从一个转速变换到另一个转速;变频器的危险速度段设置,可使电机避免在某一速度或某一速度范围上运行;高精度力矩限制功能,限制了输出力矩,即使有突如其来的负载变化,也可以保护机械设备不受到过度冲击而损坏;采用新的速度搜索功能,大幅度缩短了复电后到速度恢复的时间。

6 效果对比

6台10t桥式抓斗经过变频改造后,经12个月的运行证明,改造是成功的,达到改造目的:

(1)桥式抓斗在运行中电机启动平稳、启动电流小、无冲击。制动采用电气制动与机械制动相结合,制动柔和、平稳,负载冲击小,无任何强烈震动。解决了大车行走减速器基础松动、齿轮联轴器中心偏移造成齿轮断齿的问题。与上一年同期相比,该类型的缺陷由4次减少至0次。

(2)降低钢丝绳对卷筒冲击,延长了卷筒和钢丝绳的使用寿命,提高了设备的安全性、可靠性。经统计,钢丝绳的更换数量由原来的78条/年减少至14条/年。

(3)与上一年同期对比,桥式抓斗在电气方面的故障(接触器接通后相关电机不动作,升降与开合动作缓慢或只升不降、只开不合等)由原来的983次减少至69次,故障率降低93%,降低了维修工作量与零、配件的更换量,提高了劳动生产率,延长了设备的使用寿命。

摘要：分析火电厂燃料桥式抓斗运行特性,采用变频(无PG)控制技术对原有控制系统进行改造,优化了控制系统,克服了调速范围小、速度稳定性差、无法长时间低速下吊重物、故障率高等缺点。

通用变频器控制方式 篇6

异步电动机的调速可通过变频、变极对数和变转差率实现。本文只讨论异步电动机的变频调速策略。自上世纪90年代以来,近代交流调速步入以变频调速为主的发展阶段,其间,由于各种新型电力电子器件的支持,使交频调速在低压(380V)中小容量(200KW以下)方面取得了较大发展[1,2]。通常,为了充分发挥电动机的性能,应保持定子磁链幅值为额定值。当定子电流频率fs正较高时,感应电势Es的有效值就较大,可以认为定子相电压有效值U1=Es。由此,可以通过控制使u/f恒定,使磁通恒定。要恒U/f控制,就必须使频率和输出电压同时改变,这就是变压变频,即VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)调速技术。

1 控制方式

1.1 SPWM控制

PWM(Pulse Width Modulation)控制的基本原理很早就已经提出,它是基于采样控制理论中有一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。由此,可对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效获得所需的波形。

1964年A.Schonung和H.Stemmler把这项通讯技术应用到交流传动中,从此为交流传动的推广应用开辟了新的局面,但是受电力电子器件发展水平的制约,在20世纪80年代以前一直未能实现。随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用。

如今,工程上采用的主要是SPWM,它是用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的P咖波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。SPWM控制不仅可以实现变压变频,而且能削弱或消除有害的高次谐波。

SPWM方案主要有电压正弦PWM、电流正弦PWM:电压正弦PWM是通过调节逆变器输出脉冲的占空比来调节输出平均电压,使其等效为正弦波形。电流正弦PWM是为了改善逆变输出电流波形提出的电流闭环控制方式,常用方法是电流滞环SPWM,就是以一个理想的电流正弦波形为标准,与实际电流波形作比较,实际电流围绕理想电流在滞环容差范围内作往复振动,使输出电流近似正弦波形。

早期通用变频器多为SPWM控制方式。其优点是控制结构简单、成本较低,缺点是转矩响应慢,电机转矩利用率不高,性能、稳定性差。

对于SPWM控制的三相PWM逆变电路来说,在调制度为最大值1时,输出相电压的基波幅值为Ud/2(Ud为直流侧电压),输出线电压基波幅值为(√—3/2)Ud,即直流电压利用率仅为0.866。为了解决这个问题,人们想到了空间矢量PWM控制技术。

1.2 空间电压矢量PWM

空间电压矢量PWM(SVPWM)控制技术,又称磁通正弦PWM控制技术。电压SPWM和电流SPWM是从电源角度出发,分别追求电压和电流的正弦,而SVPWM则是从电机的角度出发,把电动机和逆变器看成一个整体,着眼于如何使电动机获得幅值恒定的圆形磁场,因为异步电动机在理想状态下运行时的磁链轨迹即为圆形。

根据三相逆变器的原理,逆变器共有8种工作状态。假设上桥臂导通用“1”,下桥臂导通用“0”表示,那么这8个状态就对应着8个数字量,将它们定义为8个基本电压矢量。

可见,空间电压矢量的方向即定子磁链的旋转方向。因此,利用上述的8个电压矢量的线性组合,就可以得到更多的与其相位不同的新的电压矢量,最终构成一幅等幅的不同相位的电压空间矢量图,叠加形成尽可能接近圆形旋转的电压空间矢量轨迹,进而使定子磁链旋转轨迹近似圆形。

将这8个电压矢量首尾相连形成的正六边形就是SVPMN方式所输出的最大幅值电压矢量端点的轨迹,设此电压矢量最大幅值为u耐。正六边形的内切圆则为要获得的接近圆形旋转的电压空间矢量轨迹,内切圆半径为逆变器输出三相电压的最大相电压峰值,设为Uout。由逆变器结构知,Uref等于2/3UDC,UDC是直流侧电压。这样,可得Uout等于√—3/3UDC,而SPWM方式时,输出相电压的基波幅值为Ud/2。于是有:

可见,SVPWM比SPWM方式的直流电压利用率提高了15.47%。

应用SVPWM控制方式的典型机种有1989年前后进入中国市场的FUJI(富士)FRN5000G5/P5、SANKEN(三垦)MF系列等。

前面所讨论的异步电动机调速系统都是对控制量的幅值进行静态控制,比起直流电动机双闭环调速系统的动态性能,逊色不少。矢量控制方式的出现,解决了这个问题。

1.3 矢量控制

矢量控制基于转子磁场定向,它是将一个静止坐标系中的三相交流磁场系统和一个旋转坐标

【【88】】第33卷第12期2011-12(下)

系中的直流磁场系统通过一个静止坐标系中的两相交流系统互相等效变换,从而实现对异步电动机调速系统的磁通和转矩分别控制。将用于控制交流调速的给定信号分解为励磁电流信号iM和转矩电流信号iT,分别通入假想的两个互相垂直的旋转坐标系中的直流绕组。将两个旋转坐标系中的直流信号iM和iT作为基本控制信号,经过Park逆变换转换为静止坐标系中的两相交流信号i和iβ,再经过Clark逆变换转换为静止坐标系中的三相交流信号iA、iB、iC去控制逆变电路。对于反馈,是将传感器得到的静止坐标系中三相交流数据经Clark变换为静止坐标系中的两相交流信号,再经过Park变换转换为旋转坐标系中直流信号来修正基本控制信号iM和iT。通过上面的思想对非线性、强耦合的异步电动机进行线性近似,将其转矩和磁链完全解耦,实现矢量控制。

目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种[3,4]。德国西门子开发的6SE70通用型系列,通过FC、VC、SC板可以分别实现频率控制、矢量控制和伺服控制。

虽然矢量控制使异步电动机具备了与直流电动机相似的特性,但是异步电动机的转子磁链难以准确观测,而且电动机参数对其性能影响较大,这些使得矢量控制的实现难以达到预期效果。为了消除矢量控制的这些弊端,直接转矩控制方式应运而生。

1.4 直接转矩控制

直接转矩控制是目前广为研究的电机控制理论之一,已在异步机上取得了成功。由于该理论直接对转矩进行控制,避免了矢量控制中计算量大、效果易受电动机参数变化影响的缺点,使异步电动机的瞬态性能得到了显著的改善。直接转矩控制系统采用定子磁场定向,直接在定子坐标系下计算和控制异步电动机的转矩,将实际转矩、磁链分别与给定值比较,形成转矩、磁链的闭环控制。

为了充分发挥电动机的性能,应保持定子磁链幅值为额定值,而转子磁链幅值由负载决定。因此,可以通过改变θ来改变异步电动机的转矩,进而改变转速。具体办法就是通过改变电压空间矢量来控制定子磁链的旋转速度,使其走走停停,从而使θ不断变化,达到调节电动机转矩的目的。直接转矩控制具有理论清晰,结构简单,响应迅速,易于实现等优点,缺点是转矩脉动较大。

采用直接转矩控制方式的变频器以ABB公司推出的ACS600、ACS800等系列为代表。

尽管矢量控制与直接转矩控制使异步电动机调速系统的性能有了较大的提高,但是还有许多领域有待研究,如:磁通的准确估计或观测、无速度传感器的控制方法、电机参数的在线辨识、极低转速包括零转速下的电机控制、电压重构与死区补偿策略和多电平逆变器的高性能控制策略等。

2 各种控制方式的联系与区别

前面提到的各种控制方式是有内在联系的。首先,由于在实际控制中要保持定子磁链幅值恒定,SPWM、SVPWM、矢量控制和直接转矩控制本质上也都属于变频变压,只不过矢量控制和直接转矩控制是改变电压矢量的幅值和转速来体现变频变压的。其次,由于各种控制方式无一例外的要通过逆变电路完成对异步电动机的控制,因此,异步电机的调速系统的核心控制算法几乎最终都是通过PWM方式实现,特别在基于DSP的矢量控制和直接转矩控制的异步电动机调速系统中,很多都是最终由SVPWM方式实现,如直接转矩控制系统的SVM-DTC方法。再有,有些控制方式有着本质联系,如:SPWM和SVPM其实是同一控制方程在不同的附加假想条件下的两个不同的特解。

各种控制方式之间的区别是显而易见的,由前几节介绍的基本原理中便可知晓。后一种控制方式几乎都是为了解决前一种控制方式产生的问题而提出来的。由于各种控制方式的特点、性能不同,其应用场合也不相同,后起的控制方式并没有完全取代先前的控制方式。如在对系统的动态调速性能要求不高的场合,为节约成本,通常采用SPWM或SVPWM控制方式,而在需要对系统进行精确调速控制的场合可采用矢量控制或直接转矩控制。由此可见,以上各种控制方式既相互联系又相互区别,既一脉相承又各有千秋。

3 结束语

经过半个多世纪的发展,异步电动机的变频调速控制方式到现在已经相当完善,虽然不排除会有新的控制方式提出,但是当今的发展多是在原有控制方式的基础上进行改进和提高。智能控制如模糊控制、神经网络控制甚至专家系统以及滑模变结构控制等现代控制理论的引入为原有的控制方式的发展增添了新的活力,对于改善系统的性能、提高系统的可靠性,增强系统的智能化、绿色化起到了很大作用。国内外许多学者都在此方向上有了新的进展,各种混合控制方式不断出现。此外,控制领域的其他新技术如现场总线、自适应控制、遗传算法、无传感器技术等,也将引入到传统的控制方式中,给变频调速的控制技术带来重大的影响。

由此可以预见,怎样将智能控制、现代控制理论及其它新技术、新成果应用到现有控制方式中将成为异步电动机的变频调速控制方式发展的主要方向。

摘要：为了更好地在整体上对异步电动机的变频调速控制方式加以认识,本文介绍了异步电动机调速的基本方法。按时间顺序综述了异步电动机变频调速的经典控制方式的基本原理,分析了它们的优缺点,并给出了实际应用。对所述各种控制方式之间的内在联系和区别进行了归纳和总结。对未来异步电动机变频调速控制方式的发展做出了展望,为异步电动机变频调速控制方式的研究提供了参考。

关键词：异步电动机,变频调速,控制方式

参考文献

[1]解焕芹.煤气鼓风机电机的改造[J].机械设计与制造,2001,(5).

[2]贺虎成,刘卫国.基于CPLD的智能型软起动器的研制[J].机床与液压,2006,(1).

[3]高锋.基于TMS320F2812的异步电动机相敏保护器设计[J].制造业自动化,2010,32(10).