|
淺析變頻器發(fā)展和應(yīng)用趨勢(shì)
（作者未知） 2010/8/18
[摘要]隨著變頻控制理論和制造工藝的進(jìn)一步發(fā)展，變頻器的應(yīng)用和發(fā)展將會(huì)朝著以下方向發(fā)展：矩陣變頻器的出現(xiàn)和推廣；網(wǎng)絡(luò)化配置的變頻器將成為主流；同步電動(dòng)機(jī)的變頻應(yīng)用將得到更為迅猛的發(fā)展。
[關(guān)鍵詞]矩陣變頻器 網(wǎng)絡(luò)化配置變頻器 同步電機(jī)
一、矩陣變頻器的出現(xiàn)
多年來，電氣傳動(dòng)專家一直都在討論關(guān)于“矩陣變換”技術(shù)的變頻器將會(huì)是下一代變頻器。幾個(gè)主要的傳動(dòng)供應(yīng)商包括羅克韋爾、西門子等都在研究該項(xiàng)技術(shù)。輿論一直認(rèn)為：盡管矩陣變頻器具有非常誘人的前景，但是由于成本太高而無法在目前進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用。
從原理上講，矩陣變頻器使用了一組電力半導(dǎo)體開關(guān)，按照預(yù)定的數(shù)學(xué)算法控制開關(guān)順序，并直接連接到三相電機(jī)上。在安川矩陣變頻器中有9個(gè)開關(guān)，每一個(gè)都有2個(gè)IGBT組成雙向開關(guān)，能允許正向電壓和負(fù)向電壓通到電機(jī)上。IGBT數(shù)量的增加是導(dǎo)致矩陣變頻器造價(jià)昂貴的其中一個(gè)因素。
矩陣變頻器使用了三相電壓輸入來控制輸出電壓，這就不僅能吸收任何電流雜波，也能提供一個(gè)清潔的輸出電壓，也就是說“可以有效地進(jìn)行輸入電源電流控制與輸出電壓控制”。這也是矩陣變頻器吸引人們的一個(gè)重要點(diǎn)：能大大降低輸入電流諧波的產(chǎn)生，只有大約傳統(tǒng)交-直-交變頻器的20%以下。而且矩陣變頻器的電流幾乎是正弦波，即使在帶載情況下，也是如此。當(dāng)有再生發(fā)電時(shí)，電流能以180°轉(zhuǎn)換并反饋到電網(wǎng)中，而且也是以正弦波方式。在再生制動(dòng)方式的工作中，矩陣變頻器不需要制動(dòng)電阻或特殊的變換器。反饋回的電亦無需額外的設(shè)備(如變壓器等)進(jìn)行處理。總之，傳動(dòng)能在四象限高效率地運(yùn)行。
另外，一個(gè)吸引點(diǎn)就是矩陣變頻器去掉了直流電容，作為有一定壽命地鋁電解電容，交—直—交變頻器就必須在一定年限更換電容，如5~8年，矩陣變頻器就能長(zhǎng)時(shí)間可靠工作。
在安川的計(jì)劃中，矩陣變頻器將逐步覆蓋400V的5.5~22kW，直至75kW，當(dāng)然也有200V級(jí)的5.5~45kW變頻器。至于價(jià)格策略目前尚未公布，但基本上為目前通功率段傳統(tǒng)變頻器的2倍左右。
二、以網(wǎng)絡(luò)配置為主的系統(tǒng)化
變頻器的網(wǎng)絡(luò)化配置主要基于三個(gè)層面：設(shè)備層、控制層和信息層。其中變頻器做為執(zhí)行器，可以配接最基本的RS232/RS485串行通訊協(xié)議、Profibus等的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議以及Internet局域網(wǎng)協(xié)議。針對(duì)不同的控制系統(tǒng)和不同的用戶要求，配置和選用不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
網(wǎng)絡(luò)化配置的變頻器具有以下顯著的特點(diǎn)：
(1)高精度的頻率設(shè)定；
(2)遠(yuǎn)程控制與工廠信息化的基本要素；
(3)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)。
通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)定頻率是一種高精度的頻率設(shè)定，其具有通訊速率高，穩(wěn)定可靠，接線簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，而且在模擬量控制時(shí)，輸出端經(jīng)過一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過導(dǎo)線，進(jìn)入輸入端(變頻器)又經(jīng)過一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器才能參與控制。兩個(gè)轉(zhuǎn)換器位數(shù)不同和導(dǎo)線損耗都可能造成一定誤差，而通訊傳遞直接是數(shù)字量，不需要轉(zhuǎn)換，沒有誤差，在傳輸過程中不會(huì)造成損耗，而且響應(yīng)速度率也會(huì)很高。
變頻器經(jīng)常被用于系統(tǒng)復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣、高負(fù)荷、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的工況中，如無人值守泵站、油田磕頭機(jī)等。變頻器故障率在這種環(huán)境中自然，比較高，一般都采取事后維修的方式進(jìn)行，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的維修方式將變?yōu)楣收项A(yù)報(bào)和整機(jī)在線維修。有必要對(duì)其實(shí)現(xiàn)在線工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)以及常規(guī)故障機(jī)理的綜合分析研究，以便對(duì)其故障的事先診斷分析。目前大功率變頻器的故障診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及智能控制方面取得了較大進(jìn)展，并已經(jīng)投入實(shí)際運(yùn)行。請(qǐng)登陸：輸配電設(shè)備網(wǎng)瀏覽更多信息
在網(wǎng)絡(luò)化日益普及的今天，與普通的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)硬線連接方式而言，通過高速通訊連接的變頻器系統(tǒng)可以最大程度上降低系統(tǒng)維護(hù)時(shí)間、提高生產(chǎn)效率、減少運(yùn)行成本。目前安裝的現(xiàn)場(chǎng)總線模塊有ProfibusDP、Interbus、DeviceNet、CANOpen和ModbusPlus等。用戶可以有更大的自由根據(jù)生產(chǎn)過程來選擇PLC型號(hào)和品牌，并非常簡(jiǎn)單地集成到現(xiàn)有地網(wǎng)絡(luò)中去。而且通過現(xiàn)場(chǎng)總線模塊，可以不考慮變頻器的型號(hào)，而以同一種語言來與不同功率段、不同型號(hào)地變頻器進(jìn)行組構(gòu)，如功率、速度、轉(zhuǎn)矩、電流、設(shè)定值等。
由于采用了通訊方式，可以通過PC機(jī)來方便地進(jìn)行組態(tài)和系統(tǒng)維護(hù)，包括上傳、下載、復(fù)制、監(jiān)控、參數(shù)讀寫等。
以SEWMOVIDRIVE變頻器為例，它可以如圖2組成WAGO-I/O系統(tǒng)，利用后者地現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行通訊互聯(lián)。這種連接方式能通過WAGO的可編程總線控制器PFC實(shí)現(xiàn)變頻器到網(wǎng)絡(luò)控制主機(jī)之間的輸入數(shù)據(jù)過程、輸出數(shù)據(jù)過程的交換。而且，總線互聯(lián)方式可以通過WAGO（未完，下一頁）
|