變頻器零速滿轉矩的理解

2021-09-27 11:24:24 字數 3654 閱讀 3521

很多變頻器都聲稱能夠做到零速滿轉矩。

假設現有乙個變頻器驅動的非同步電機,空載。啟動變頻器,但是給定速度為零。

1、電機要有力矩,肯定需要有勵磁產生的磁場,而產生磁場定子繞組就會通電。

2、零速時定子繞組所通電應該頻率為零,否則產生旋轉磁場,轉子就必定會旋轉。

3、難道此時定子繞組通的是直流電?!所以才會在轉子在外力作用下有旋轉趨勢時,切割直流電的固定磁場就產生了電磁力矩,和外力平衡後,轉子處於靜止?

答:首先從理論上向量控制的方法,可以將轉矩和勵磁解藕,模擬成一台直流機。這時就肯定可以實現零速滿轉矩控制,不需要想此時輸出的波形到底是什麼樣,交流中也不存在乙個什麼勵磁電流,只要考慮模型在低速或零速下是否還可行。

感官理解的話,非同步機零速要是有轉矩的話,應該還有轉差存在,所以輸出應該是一低頻正弦波。這個電流可以用向量解藕成勵磁和轉矩,並沒有辦法說勵磁波型是什麼樣的。只有在零轉矩時(空載),波形才可以說是勵磁波形。

零速滿轉矩的說法應該這樣理解,通過轉矩控制可以使電機不轉的情況下輸出所需的轉矩至最大.這種說法是指電機的能力在向量方式下已理想的接近直流電機的特性.向量控制本身說是通過座標變換在內部將交流電機當直流電機控制.另外在繞組裡通的是不同寬度的脈衝.再微觀的解釋就要看理論專業書了.

以西門子mm440為例,如果設定為向量控制模式,則你給定的頻率並不是真正的頻率,而是折合成轉速。如:你給定0hz,變頻器認為你要讓電機的轉速是0,你給定25hz,變頻器認為你需要電機轉速達到額定值的一半,所以,變頻器的輸出就肯定不是0hz和25hz,應該是和電機的負荷有關。另外,我個人認為向量控制是一種計算電機速度**差率)的演算法,並且能動態的修正過來。非同步機變頻電機零速時輸出應該是乙個低頻電流,頻率大小基本等於轉差頻率。這個頻率並不是機械的按照轉差固定補償的,那是在v/f中用轉差補償的。向量控制是將三項旋轉的電流和頻率用數學方法解析成兩項固定垂直的向量,其中主要的計算就是三二變換,旋轉變換,旋轉變換應用的負載角就是轉差頻率的積分。也就是說固定的勵磁和轉矩電流經旋轉變換出來就是根據轉差頻率旋轉的交流了。

零速時滿轉矩理論上肯定可以實現。如果把電機看作定子的旋轉磁場和轉子的相對運動就比較好理解。具體實現要靠變頻器是如何處理的在電機加裝有編碼器的情況下,比較好處理。沒有編碼器就比較難了。

小結一下:

1、給定零速時,變頻器其實是有輸出的。

2、輸出的是交流。大小在轉差左右,而且和外部作用負載有關。

3、通過調節轉矩電流可以得到較理想的額定轉矩。

個人認為,像變頻器廠家說的 能夠達到"零轉速滿轉矩"的意思,應該理解為是在一種應用場合下能夠實現該要求(典型的就是起公升機構),而不能脫離應用去看待這個問題."零轉速滿轉矩"反映了變頻器的調節效能.

西門子的6se70變頻器要實現這個功能,大家都知道是必須是帶編碼器的向量閉環,在起公升應用場合我們負載的力是向下的,當我們給定為0速時,肯定有會有向下溜的趨勢,而這時變頻器通過編碼器檢測到速度方向為負,所以就通過其向量控制的調節方式提高轉矩去阻礙其向下溜,這時就又有了向上運動的趨勢,這時變頻器通過編碼器檢測到速度要為正,就又會調節阻礙其向上運動,如此反覆達到乙個動態平衡的過程,可能應該這樣去理解變頻器廠家說的能夠實現"零轉速滿轉矩".

「零速滿轉矩」或大轉巨嚴格的說必須在閉環狀態下(加編碼器)才可以實現,在負載扭矩的作用下,電機會發生偏轉,編碼器會適時將這一偏轉「趨勢」反饋給變頻器的逆變器,逆變器脈衝訊號便開始觸發,使能,輸出一低壓電流,因為電壓的高低反應做功的快慢,此時電機為靜態,所以只有一小電壓建立勵磁就可以了;只要負載電流不會超過變頻器的設定範圍,變頻器就會輸出適當的電流,建立電磁轉巨,抵消負載轉巨,維持這一靜態。電機之所以沒轉是因為變頻器輸出轉巨始終滯後負載轉巨,並且最終等於負載轉巨,而並未超過負載轉巨,也就是沒有動態加速度,所以電機呈現「零速」。

天津的換輥小車控制專案中,在抱閘壞掉,或者為了給個雙保險,依靠機械加電氣控制,那麼給定倫茨電機零速狀態,一定不要開關使能或者去拍急停,否則電機受外部重力使上公升部分下降,當使能即使再次給出,plc程式上即使設定了零速,為了保持零速電機會反轉很大力矩,短時間產生大量熱量可能燒毀電機。在實際中要先給電而不啟動抱閘看是否有磁力。

使用變頻器後,在使用閉環速度控制時,「零速滿轉矩」或「低速大轉矩」應用成為可能。

從電氣控制角度,這樣的控制很容易實現,但在實際應用中,還有別的因素需要考慮:

igbt的溫度:

igbt溫度過高,可能並不會立即燒毀igbt,但使用壽命會大大縮短!

逆變器中的igbt由於器件製作的原因,是不能直接用溫度感測器測量其溫度的,只能通過其基板或散熱片反映igbt的溫度。實際上igbt的溫度在乙個通斷週期內並不是恆定的,開通時溫度會驟公升、關斷時溫度會驟降,這個溫度波動在基板上是無法復現的,基板的溫度也有波動但範圍小很多。換句話說,電氣上沒法直接測igbt的溫度,就沒法直接保護igbt了。

不過,變頻器內部還有別的方法來推算igbt的實際溫度,就是通過熱模型,根據實時電流與時間計算出igbt的溫度,從而進一步作出停機響應以保護變頻器。這種保護是瞬時過載保護。

在「零速滿轉矩」或「低速大轉矩」工況下,輸出頻率很低,而輸出電流很大。此時,由於頻率很低,與母線正極相連的igbt在正半波時開通的時間很長,這樣該igbt的溫度會公升得很高,同時該相上與母線負極相連的igbt處於關斷狀態,即一直冷卻;當到負半波時,與之相反,下面的igbt溫度會公升得很高。與其他工況相比,此時igbt發出的總熱量差不多,但溫度波動範圍要大很多,瞬間的高溫對igbt使用壽命產生影響。在此工況下,僅通過變頻器的熱模型已經起不到保護作用,所以,在作初期專案設計時,需要單獨考慮這個問題,解決方案就是降容使用!

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最後,根據工作週期來確定選型方案:

過載

週期

<2

%

熱模型p290=0

方案

x

√√無需處理 x

√x 參考降容曲線,降至

75% x

x √無需處理 x

x x參考降容曲線,降至

50% √√

√無需處理 √

√x參考降容曲線,考慮持續時間

t,降至

50% √x

√無需處理 √

x x

參考降容曲線,降至

50%

作為起重用變頻系統,其控制重點之一是在電動機處於回饋制動狀態下系統的可靠性( " 回饋 " 是指電動機處於發電狀態時通過逆變橋向變頻器中間直流迴路注入電能),尤其需要引起注意的是主起公升機構的防止溜鉤控制。溜鉤是指在電磁制動器抱住之前和鬆開之後的瞬間,極易發生重物由停止狀態出現下滑的現象。

電磁制動器從通電到斷電(或從斷電到通電)

需要的時間大約為 0.16s (視起重機型號和起重量大小而定),變頻器如過早停止輸出,將容易出現溜鉤,因此變頻器必須避免在電磁制動器抱閘的情況下輸出較高頻率,以免發生 " 過流 " 而跳閘的誤動作。

防止溜鉤現象的方法是利用變頻器零速全轉矩功能和直流制動勵磁功能。零速全轉矩功能,即變頻器可以在速度為零的狀態下,保持電動機有足夠大的轉矩,從而保證起重裝置在速度為零時,電動機能夠使重物在空中停止,直到電磁制動器將軸抱住為止,以防止溜鉤的發生。直流制動勵磁功能,即變頻器在起動之前自動進行直流強勵磁,使電動機有足夠大的起動轉矩,維持重物在空中的停止狀態,以保證電磁制動器在釋放過程中不會發生溜鉤。

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