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不同类型变频器的调速原理
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不同类型变频器的调速原理

发表时间:2020-06-07【

市场上有两种主要类型的变频驱动器:机械和电气。


机械VFD包括以下子类型:


可变螺距驱动 - 皮带和皮带轮驱动,其中一个或两个皮带轮的节圆直径可调,提供多比率,因此输出速度可变。

牵引驱动 - 两个配合金属滚轮的接触路径直径可调,提供多比率,因此输出速度可变。

液压静液压传动 - 正排量液压泵和马达,其中泵的容积流体输出通过阀门或通过改变排量来改变。

液压流体动力驱动或液力偶合器 - 两个与液压油连接在一起的叶轮。通过改变流体的体积,可以改变从初级到输出的耦合程度,从而获得可变的速度。

液压水力粘性驱动器 - 输入轴上的多个圆盘压在输出轴上相应数量的圆盘上。圆盘之间有一层油膜。通过改变将盘挤压在一起的压力,可以改变扭矩传递,从而实现变速操作。


工业中使用的最常见的机械VFD是流体耦合。


电子VFD包括以下子类型:


涡流耦合 - 位于定速电机和从动机器之间。它由一个固定速度的转子和一个由小气隙隔开的变速转子组成。励磁绕组设置在其中一个转子上,以产生将转子连接在一起并确定传递的转矩的磁场。类似地,通过流体耦合和液体粘性驱动,这些VFD的效率与(1-S)成比例。因此,随着转子之间的速度差增加,效率降低。


直流驱动器和相应的直流电机:直流转换器将电源交流电转换为可变幅度直流电压,该电压提供给直流电机的电枢绕组。类似的转换过程用于向并联励磁绕组提供可变幅度的直流电压。通常,电动机速度低于电动机基本速度时,励磁电流保持恒定,同时改变电枢电流以控制直流电动机的转矩输出。如果VFD具有两个反并联整流桥,则可以使其完全再生。

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Dc驱动器通常使用晶闸管技术,可用于上面列出的所有非危险区域的应用。从电力网络的角度来看,直流驱动器以功率因数运行如果使用全波桥,那么随着电机速度的降低而降低,并且注入大约与1 / n大小成比例的谐波电流,其中n = 6k±1且k = 1,2,3 ...... 通过使用12,18,24或36个脉冲系统,通过并联或串联使用多个六脉冲电桥,并且其中每个电桥由相移的转换器变压器上的合适的单独的次级电源供电,可以实现谐波抑制。



交流变频器和相关的交流电机 


交流变频器有三种主要类型:


直接转换:此类型包括循环转换器和其他矩阵拓扑,其中输入交流电源在一个阶段转换为可变交流电源。这些VFD中最常见的是循环变流器,用于控制具有拉丝或无刷励磁的同步电动机。这些VFD用于电机速度低且扭矩要求高的应用中。这些应用的例子是用于主螺杆,金属轧机VFD,矿石研磨机和矿用卷绕机的船舶推进VFD。这些VFD的最大负面特征是在电机电路中流动的大谐波电流,尤其是流入网络的大谐波电流。目前,循环变流器基于晶闸管技术,


电流源:这种类型的VFD是两级转换。首先,输入交流电源在直流链路电抗器中转换为中间直流电流。调节该电流的大小以匹配所需的电动机电流,以确保所需的扭矩输出。第二级是输出逆变器,它根据需要将中间直流电流切换到电动机的每个相位。转换器和逆变器都是完全再生的。控制同步电动机的电流源VFD也称为负载换向变换器(LCI)VFD,并且通常使用晶闸管技术。因此,从电力网络的角度来看,LCI VFD的行为类似于具有固有功率因数和谐波电流注入特性的直流驱动器。与其他交流或直流驱动器相比,VFD性能不是很动态,因为电流被强制插入中间链路中的大电感,因此仅适用于风扇和泵类型负载。由于方波电流形状和在低于8Hz的频率下工作时使用的控制原理,该VFD还受到扭矩脉动的影响。


电压源:此类型也是两级转换,首先将输入交流电源转换为直流链路电容上的中间直流电压。第二级是输出逆变器,它根据所用控制算法的要求将中间直流电压切换到电动机的每个相位。VFD中采用的控制算法可以是:开环或频率控制:在该算法中,控制变量是电机电压和逆变器输出频率。在大多数速度范围内,电动机电压被控制为输出频率的线性函数,以试图保持电动机磁通量恒定。这两个参考参数都被馈入脉冲宽度调制器,以产生提供给电动机定子绕组的脉冲序列。值得注意的是,该控制方法没有利用来自电动机轴的任何反馈,例如控制回路内的速度或位置,因此不能以任何精度控制扭矩。这种类型的VFD适用于任何非动态应用,不需要高精度或高精度。它适用于交流异步感应电动机。磁通矢量控制:在该算法中,需要知道转子磁通相对于定子的空间角位置和速度。因此,诸如脉冲编码器的反馈装置连接到电动机轴。通过VFD中的控制软件内的数学模型,测量的相电流和转子速度用于计算脉冲宽度调制器的电压和频率的控制变量。调制器产生提供给电动机定子绕组的脉冲序列。该控制算法是开环控制的主要改进,因为它具有良好的扭矩响应,精确的速度控制,零速时的全扭矩以及接近直流驱动的性能。的磁通矢量VFD适用于不需要最高性能的任何应用。适用于交流异步感应电机。直接转矩控制(DTC):在该算法中,测量的相电流和相电压用于VFD控制软件中的数学自适应电机模型,以计算电机中的电机速度,转矩和磁通。该电机模型对于算法的成功和低电机速度性能至关重要。每25微秒将扭矩和磁通量分别与转矩参考值和磁通参考值进行比较,以生成状态信号。这些状态信号使用两级磁滞控制方法计算,并成为最佳脉冲选择器的输入,该脉冲选择器产生提供给电机定子绕组的脉冲。这种高速切换是直接转矩控制成功和性能的基础。因此,不需要测量速度信号或脉冲宽度调制器。这种类型的VFD与交流异步感应电动机一起使用,并且使用备用软件,也能够控制异步电动机。


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