變頻器輸出電纜上傳輸的PWM電壓,同樣包含豐富的高頻的成分,會產生電磁波輻射,形成輻射幹擾。輻射幹擾的特徵是,當其他電子設備靠近變頻器時,幹擾現象變得嚴重。如何解決幹擾問題呢。變頻器幹擾處理方法對變頻器產生的諧波進行抑制處理,可選的濾波產品有變頻器輸入濾波器變頻器輸出濾波器變頻器輸入電抗器變頻器輸出電抗器等。在輸入電路內串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。此外,為防止變頻器幹擾信號和控制回路,需要給控制器儀表和工控機採用單獨的隔離電源進行供電。
其實在現場簡單方法是將儀表遠離變頻器。但是也不都能排除幹擾,方法還是要一個個試的。變頻器要採用單點接地,好是短而粗的線進行接地;傳感器的信號線,採用雙腳屏蔽線,並將屏蔽層用電纜夾進行接地。在傳感器的電源上加裝電源濾波器濾波磁環,或者是隔離器等進行隔離。頻器控制方式低壓通用變頻輸出電壓為∼V,輸出功率為∼kW,工作頻率為∼Hz,它的主電路都採用交—直—交電路。其控制方式經歷了以下四代。U/f=C的正弦脈寬調制SPWM)控制方式其特點是控制電路結構簡單成本較低,機械特性硬度也較好,能夠滿足一般傳動的平滑調速要求,已在產業的各個領域得到廣泛應用。
但是,這種控方式在低頻時,由於輸出電壓較低,轉矩受定子電阻壓降的影響比較,使輸出大轉矩減小。另外,其機械特性終究沒有直流電動機硬,動態轉矩能力和靜態調速性能都還不盡如人意,且係統性能不高控制曲線會隨負載的變化而變化,轉矩響應慢電機轉矩利用率不高,低速時因定子電阻和逆變器死區效應的存在而性能下降,穩定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調速。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磁場軌跡為目的,一次生成三相調制波形,以內切多邊形逼近圓的方式進行控制的。
經實踐使用後又有所改進,即引入頻率補償,能速度控制的誤差;通過反饋估算磁鏈幅值,低速時定子電阻的影響;將輸出電壓電流閉環,以提高動態的精度和穩定度。但控制電路環節較多,且沒有引入轉矩的調節,所以係統性能沒有得到根本改善。矢量控制VC)方式矢量控制變頻調速的做法是將異步電動機在三相坐標係下的定子電流IaIbIc通過三相-二相變換,等效成兩相靜止坐標係下的交流電流IaIb,再通過按轉子磁場定向旋轉變換,等效成同步旋轉坐標係下的直流電流ImItIm相當於直流電動機的勵磁電流;It相當於與轉矩成正比的電樞電流),然後模倣直流電動機的控制方法,求得直流電動機的控制量,經過相應的坐標反變換,實現對異步電動機的控制。
其實質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。通過控制轉子磁鏈,然後分解定子電流而獲得轉矩和磁場兩個分量,經坐標變換,實現正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應用中,由於轉子磁鏈難以準確觀測,係統特性受電動機參數的影響較大,且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉變換較復雜,使得實際的控制效果難以達到理想分析的結果。直接轉矩控制DTC)方式年,德國魯爾大學的DePenbrock教授提出了直接轉矩控制變頻技術。
該技術在很大程度上解決了上述矢量控制的不足,並以新穎的控制思想簡潔明了的係統結構的動靜態性能得到了迅速發展。目前,該技術已成功地應用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。直接轉矩控制直接在定子坐標係下分析交流電動機的數學模型,控制電動機的磁鏈和轉矩。它不需要將交流電動機等效為直流電動機,因而省去了矢量旋轉變換中的許多復雜計算;它不需要模倣直流電動機的控制,也不需要為解耦而簡化交流電動機的數學模型。矩陣式交—交控制方式VVVF變頻矢量控制變頻直接轉矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。
其共同缺點是輸入功率因數低,諧波電流大,直流電路需要大的儲能電容,再生能量又不能反饋回電網,即不能進行四象限運行。為此,矩陣式交—交變頻應運而生。由於矩陣式交—交變頻省去了中間直流環節,從而省去了體積大價格貴的電解電容。它能實現功率因數為l,輸入電流為正弦且能四象限運行,係統的功率密度大。該技術目前雖尚未成熟,但仍吸引著眾多的學者深入研究。其實質不是間接的控制電流磁鏈等量,而是把轉矩直接作為被控制量來實現的。
--具體方法是控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器,實現無速度傳感器方式;自動識別ID)依靠的電機數學模型,對電機參數自動識別;算出實際值對應定子阻抗互感磁飽和因素慣量等算出實際的轉矩定子磁鏈轉子速度進行實時控制;實現Band—Band控制按磁鏈和轉矩的Band—Band控制產生PWM信號,對逆變器開關狀態進行控制。變頻器在哪些情況下需要配制動電阻。變頻器配制動電阻,主要是想通過制動電阻來消耗掉直流母線電容上的一部分能量,避免電容的電壓過高。
理論上如果電容存儲的能量多,可以用來釋放出來驅動電機,避免能量浪費,但是電容的容量有限,而電容的耐壓也是有限的,當母線電容的電壓高到程度,就可能會損壞電容了,有些還可能損壞IGBT,所以需要及時通過制動電阻來釋放電,這種釋放,是白白浪費掉的,是一種沒有辦法的做法。母線電容是個緩衝區,容納能量有限三相交流電全部整流後,接入電容,滿載運行時候,母線正常的電壓大約是倍,*=伏,這個電壓當然會實時波動的,但是低不能低於伏,否則會欠壓報警保護。
母線電容一般是兩組V電解電容串聯而成,理論耐壓是V,如果母線電壓超過這個值,電容會直接爆掉了,所以母線電壓是無論如何都不能達到伏這麼高壓的。實際上,三相伏輸入的IGBT的耐壓值是伏,往往要求工作在伏以內,考慮到電壓如果升高,都會有個慣性問題,也就是你馬上讓制動電阻工作了,母線電壓也不會很快降低下來,所以很多變頻器,都是設計在伏左右就通過制動單元讓制動電阻開始工作,讓母線電壓降低下來,避免往上繼續衝。
所以制動電阻設計,核心就是考慮到電容和IGBT模塊的耐壓問題,避免這兩大重要的器件被母線的高電壓衝壞掉了,這兩類元件如果壞掉了,變頻器也就無常工作了。快速停車要制動電阻,瞬間加速也需要變頻器母線電壓之所以會變高,很多時候是變頻器讓電機工作在電子制動狀態,讓IGBT通過的導通順序,利用電機是大電感電流不能突變,瞬間產生高壓來往母線電容充電,這時候讓電機快點降低速度下來。如果這時候沒有制動電阻及時消耗掉母線的能量,母線電壓將會持續變高而威脅變頻器的了。
如果負載不是很重,也沒有什麼快速停車要求,這種場合是不需要使用制動電阻的,即使你裝了制動電阻,制動單元的工作閥值電壓沒有被觸發,制動電阻也不會投入工作。除了大負荷減速場合需要增加制動電阻和制動單元來快速剎車外,實際上如果符合比較重,啟動時間時間要求非常快那種,也需要制動單元和制動電阻來配合啟動的,以往我試過用變頻器帶動一種特殊的衝床,要求把變頻器的加速時間設計成秒,這時候滿負荷啟動,雖然負荷並不是非常重,但是因為加速時間太短了,這時候母線電壓波動非常厲害,也會出現過壓或者過流的情況,後來增加了外置的制動單元和制動電阻,變頻器就能正常工作了。
分析起來,是因為啟動時間太短,母線電容的電壓瞬間被掏空了,而整流器瞬間有大的電流充進來,引起母線電壓突然變高,這樣母線的電壓波動太厲害,瞬間可能會超過了伏,加上了制動電阻,就可以及時這個波動的高壓,讓變頻器工作在正常狀態。還有一種特殊的情況,是矢量控制場合,電機的扭矩和速度方向相反,或者工作在零轉速扭矩輸出的場合,比如吊機掉了重物停在半空中,收放卷場合需要力矩控制,都需要讓電機工作在發電機狀態,源源不斷的電流會反充到母線電容中,通過制動電阻,就可以及時消耗掉這些能量,保持母線電壓平衡穩定了。