2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、1概述異步機變頻調(diào)速已得到廣泛的應(yīng)用。變頻器的花樣種類繁多,變頻器的供應(yīng)商們?yōu)榱送其N自己的產(chǎn)品,都大力宣傳自己的優(yōu)點,其他產(chǎn)品的缺點,使人眼花繚亂。變頻器的應(yīng)用者在選用時經(jīng)常提出許多如何合理應(yīng)用及方案比較的問題,變頻器的開發(fā)者在方案論證時也常提出產(chǎn)品定位及前景方面的問題。作者根據(jù)自己多年來在該領(lǐng)域中的體會,就下面幾個問題談?wù)勛约旱目捶?。各種產(chǎn)品,只要它們在市場上站得住腳,就必然有它們各自的優(yōu)點和缺點。市場是無情的,如果都是缺點,該產(chǎn)品必

2、然被淘汰,若都是優(yōu)點它必然淘汰別人。作者希望通過本論壇引起討論,去掉商業(yè)炒作,還事物以本來面目。以下均為個人看法,僅供參考。涉及一些價格,均為做方案比較用的價格,不是實際購物價格,不涉及商業(yè)行為。(1)大功率節(jié)能調(diào)速的合理電壓等級大中功率風(fēng)機和泵采用變頻調(diào)速可節(jié)約大量電能,大部分功率在0.22MW范圍內(nèi)。我們現(xiàn)在200KW以上的電機多是中壓,電壓等級多為10KV,少量為6KV。選用10KV“直接”變頻,從技術(shù)和經(jīng)濟角度看都不合理。所有的

3、“直接”變頻都不是真正的直接變頻,在其輸入側(cè)都有變壓器,因此電機和變頻器沒有必要和電網(wǎng)電壓一致。本文討論不同功率段的合理電壓等級。(2)高性能調(diào)速系統(tǒng)中的矢量控制和直接力矩控制高性能調(diào)速系統(tǒng)中的矢量控制發(fā)明于70年代末,商品化于80年代,至今仍然為多數(shù)公司所采用。直接力矩發(fā)明于80年代后期,部分公司采用,商品化于90年代初,被廣泛宣傳為新一代技術(shù)。本文介紹作者對這兩種系統(tǒng)的看法。(3)有速度(位置)傳感器和無速度(位置)傳感器系統(tǒng)在矢量

4、控制和直接力矩控制系統(tǒng)開發(fā)的初期都要求裝設(shè)速度(位置)傳感器(編碼器)。有些場合安裝編碼器困難,所以又開發(fā)出無速度(位置)傳感器系統(tǒng),它的性能不如前者,但優(yōu)于Vf開環(huán)系統(tǒng)。現(xiàn)在有些宣傳說,無編碼器系統(tǒng)的低速起動性能已達到有編碼器系統(tǒng)水平,此提法有模糊之處。本文討論什么時候應(yīng)裝編碼器,何時可以不裝編碼器。610996551022大功率節(jié)能調(diào)速傳動的合理電壓等級大中功率風(fēng)機和泵采用變頻調(diào)速可節(jié)約大量電能,大部分功率在2002000KW范圍中

5、。我們現(xiàn)有的交流電動機200KW是個界限,200KW以下是低壓380V,200KW以上為中壓:3KV、6KV和10KV。電力部門從減小線損的角度出發(fā),希望提高供電電壓,3KV已取消,6KV正在淘汰中,大力推行10KV,將來還可能提至20KW。用戶從簡化配置出發(fā),很自然的提出要求,希望200KV以上的電機和變壓器也都采用10KV,不幸這合乎情理的要求技術(shù)上實現(xiàn)困難,經(jīng)濟上價高,因為:A10KV電機從制造角度并不困難,但隨著電壓升高,絕緣等

6、級提高,電機重量和價格也增加,以YJS系列4極560KW電機為例:380V重3.6T,價11萬6KV重3.9T,價15萬10KV重4.4T,價20萬。B受電力電子器件電壓及電機允許的dvdt限制,10KV變頻器必須多電平,多器件串聯(lián)。造成線路復(fù)雜,價格昂貴,可靠性差。對于10KV變頻器若使用1700VIGBT器件,需10串,三相共120支器件。若使用3300V器件,也需5串共60支器件,數(shù)量巨大。另一方面電流小,器件的電流能力得不到充分

7、利用,仍以560KW為例,10KV電機電流僅40A左右,現(xiàn)1700V的IGBT電流已達2400A,3300V器件電流達1600A,有大電流器件不采用,偏要用大量小電流器件串聯(lián),極不合理。即使電機功率達2000KV,電流也只有140A左右,仍很小。為了電平隔離,改善輸入電流波形及減小諧波,現(xiàn)在所有的中壓“直接變頻”器都不是真正的直接變頻,其輸入側(cè)都裝有輸入變壓器,這種安排短時間內(nèi)不會改變。既然輸入側(cè)有變壓器,變頻器和電機的電壓就沒有必要設(shè)

8、計旁路電路時需注意校驗電機直接起動時的起動轉(zhuǎn)矩。例如變壓器短路阻抗為6%,容量為1.1倍變頻器容量,電機起動電流為7倍,則電機起動電壓為0.72Vm,起動轉(zhuǎn)矩為0.52倍額定起動轉(zhuǎn)矩,它應(yīng)大于負載轉(zhuǎn)矩。若起動轉(zhuǎn)矩不夠,只能加大變壓器容量或選用小短路阻抗變壓器。3高性能調(diào)速系統(tǒng)中的矢量控制和直接力矩控制調(diào)速系統(tǒng)的任務(wù)是控制速度,速度通過轉(zhuǎn)矩來改變,調(diào)速系統(tǒng)的性能取決于轉(zhuǎn)矩控制的好壞,矢量控制(VC)和直接力矩控制(DTC)的任務(wù)都是實現(xiàn)高

9、性能轉(zhuǎn)矩控制,它們的速度調(diào)節(jié)部分相同。異步機的轉(zhuǎn)矩等于磁鏈?zhǔn)噶亢投ㄗ与娏魇噶康氖噶糠e。磁鏈不能直接測量,需要通過定子電壓電流及電機參數(shù)算得。由于定子電壓電流都是交流量,處理起來較麻煩,所以在VC控制系統(tǒng)中,借助于坐標(biāo)變化,把它們變成dq坐標(biāo)系的直流量,計算得到的控制量再經(jīng)反變換變回交流坐標(biāo)軸系去產(chǎn)生PWM信號。為了在高速和低速均能取得好的性能,必須用電壓電流兩個模型,涉及到電機參數(shù)較多。在DTC系統(tǒng)中用交流量直接計算力矩和磁鏈,然后通過

10、力矩、磁鏈兩個BB控制器產(chǎn)生PWM信號,省去了坐標(biāo)變換。在研制DTC的初期沒有考慮低速運行工況,并以定子磁鏈為基礎(chǔ),涉及電機參數(shù)只有Rs一個,因此DTC的供貨商大力宣傳DTC計算簡單,涉及電機參數(shù)最少,精度高等。實際上在考慮低速運行工況后,DTC也必須引入電流模型,也要用到轉(zhuǎn)子磁鏈,涉及的電機參數(shù)和VC一樣多,所以精度也一樣。DTC沒坐標(biāo)變換,計算公式簡單,但為了實現(xiàn)BB控制,必須在一個開關(guān)周期中計算很多次,要求計算速度快,以ABB公司

11、的ACS600系列為例,它的計算周期是25μs。在VC中測量電壓電流在一個開關(guān)周期內(nèi)的平均值,然后一周期計算一次,對計算速度要求低,以Siemens公司的6SE70系列為例,他計算周期是400μs,相差16倍。矢量變換計算只不過4個乘法和兩個加法,以現(xiàn)在處理器的能力看,它算不了什么。另外以定子磁鏈為基礎(chǔ)也不是DTC的專利,有的VC系統(tǒng)也以定子磁鏈為基礎(chǔ)。根據(jù)產(chǎn)品樣本,ACS600(DTC)轉(zhuǎn)矩控制響應(yīng)時間是5ms,6SE70(VC)也是

12、5ms,再快的響應(yīng)機械也受不了。有人認為,DTC利用磁鏈幅值的BB控制得到近似圓形磁場,磁鏈幅值的波動會導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩波動,而VC是連續(xù)控制,磁鏈幅值不變,無轉(zhuǎn)矩波動。這種看法也欠妥,DTC中由于存在轉(zhuǎn)矩BB控制,轉(zhuǎn)矩平均值不會受磁鏈變化影響而波動,磁鏈變化只影響電流波形對于VC,由于變頻器按PWM模式工作,在一個開關(guān)周期內(nèi)是不可控制,也不是連續(xù)控制,同樣存在電流脈動并導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動的問題,6SE70的轉(zhuǎn)矩脈動為2%。綜上所述,作者認為這兩種系

13、統(tǒng)無本質(zhì)區(qū)別,只不過在實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制時走了不同的路,不存在誰優(yōu)于誰,誰取代誰的問題。4有速度(位置)傳感器和無速度(位置)傳感器系統(tǒng)在矢量控制和直接力矩控制系統(tǒng)開發(fā)的初期都要求在電機軸上裝設(shè)編碼器,測取速度(位置)信號,有些場合安裝編碼器困難,所以又開發(fā)了無速度傳感器系統(tǒng)。無速度傳感器系統(tǒng)現(xiàn)在是熱門話題,方法很多,但真正用于工業(yè)產(chǎn)品的都基于同樣原理電壓、電流模型法。電壓模型使用電機參數(shù)較少,在速度高于510%(高速)時,計算精度較高,低于

14、510%(低速)時,由于電壓太小,計算誤差大。電流模型使用電機參數(shù)多,特別是受轉(zhuǎn)子電阻變化影響大,計算誤差略大,但這誤差與轉(zhuǎn)速無關(guān)。在有速度傳感器的系統(tǒng)中,高速時使用電壓模型,控制精度高低速時使用電流模型,精度雖不如高速時,但仍能正常運行。在無速度傳感器系統(tǒng)中,高速時轉(zhuǎn)速角速度靠比較電壓電流模型計算結(jié)果辨識得到,因此只能達到有速度傳感器系統(tǒng)的低速時水平低速時由于電壓模型不準(zhǔn),基準(zhǔn)沒了,無法辨識,系統(tǒng)只能拋棄矢量控制,改為開環(huán)工作。現(xiàn)在市

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