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如何判断变频器产品的优劣

如何判断变频器产品的优劣

作者:
2019/05/22 14:13

  变频器制动单元供应商提醒您:变频器的技术品位的高低是逐步发展而成型的,随着使用要求的提高及技术的发展,器件的品质,功能的扩展,自动化技术的进步而逐步前进的。一般判断产品的质量有以下十个要点是首先要考虑的。

 

  变频器的控制方式

 

  控制方式是决定变频器性能的首位,它取决于软件编程技术。随着时代的前进,技术发展,变频器控制方式有:

  (1)V/f=C属开环控制;

  (2)SVPWM空间电压矢量控制,属开环控制;

  (3)矢量控制VC,属闭环控制,有电流I,磁通φ,转矩T,转速n四种;一般内环是φ、T、I任选一种,外环是n(或w)。

  (4)直接转矩控制DTC属闭环控制,在n=0时可有400%Te,以上四种常用的。

 

  2000年后国外出现无反馈装置的变频器,即不需要另外加装传感器或编码器,利用变频器在工作时的电流、电压、磁通、转速变化,通过检测、解耦等器件装置,反馈到输入端。自问世后深受用户欢迎和青睐,主要是方便使用,功能不亚于有速度传感器反馈装置的变频器。目前高压变频器控制方式以A、B两种为多数。无反馈装置在试制中,C处于研发中。

 

  独特的几种变频器的控制方法

 

  (1)优化PWM矢量控制

  正弦脉宽调制SPWM具有电路简单、线性度好的优点,但输出电压不高,最大线性输出电压幅值仅为输入电压的/2=0.866,其实质是相电压控制法。优化PWM矢量控制模式采用双调制过程,即三角波相位预及调制信号(0~50Hz)的幅值共同调节来控制IGBT的开关工作状态,方法是通过开关角α(30°~60°)及调制深度α=正弦波幅值/三角波幅值<0.95。特点是总谐波电流损耗小,脉动转矩小。当α=0.92~0.95时,谐波损耗最小,尤其当载波频率较低时,能充分显示出其优越性,表现为输出电压提高约20%,谐波减小,但信号波调制深度与开关角之间的线性度受到影响。随着α加大电压受控性变小,但总谐波电流失真thd值仍较小,因此常被选用。

 

  (2) PWM的调制方法控制

  ①同步调制

  在开关频率较低时,可以保证输出波形的对称性,但在较低频率时,载波数量显得稀疏,从而产生电流波形脉动谐波加大,因此只适用在f>20Hz频率段工作,目前的V/F方式即如此。

  ②异步调制

  这种调制特点是在低频工作时对减小谐波损耗及转矩脉动大有改善,适用f<20hz低频工作段。

  ③随机调制

  按调制信号的周期及输出的电压值,能自动选择调制方式与调制深度a及开关角α,以适应工作频率变动幅值较大、负载转矩或功率变动大及有冲击性的闭环系统。这种调制方式是从根本上解决SPWM在低频工作段存在先天不足,即转矩变小、转矩脉动、谐波较大的缺点,但软件技术上有一定难度,几乎国内外没有这类调制方式的产品。

 

  (3)按电动机U型特性曲线与V/f配合方式的控制

  按电动机U特性曲线与V/f配合的控制方式——众所同知,V/f控制是静态的调压,即当f一定时,电压也一定了,它没有按电动机负载率β的大小进行最佳控制。日本AREX公司10年前获得世界公认的超能士节能控制器,多了一个环节,可按实际的负载率β来自动搜索(通过专用集成电路),输出最小的工作电压和最小工作电流(U形特性曲线),因此是最节电的,比一般变频器在相同工况条件下,能多节电8%~10%

 

  (4)模糊控制方式

  此方式按电动机参数及运行状态,通过模糊控制方法控制,特别适用通用单片机如8031等为CPU的场合应用,模糊控制软件简化不要数学模型,又可对多变量实时控制,随机变量能达一定精度要求,在冰箱、空调、洗衣机、微波炉等家电应用较广。当然模糊控制也适用变频器的控制,如Vacon变频器就采用模糊电流矢量控制。

 

  (5)自整定(电动机参数在线测量控制)

 

  (6)最近有绿色无谐波问世

 

  未来发展的几种控制方式

 

  (1)智能型控制方式:

  ①以变频器、电动机、负载(风机、水泵等)的三个效率乘积最大为依据,通过模糊控制技术后,输入到变频器,见结构框图4。

  ②加装无源滤波器,主要消除5次、7次的逆序谐波,使变频器的THD%指标值低于谐波标准,几乎接近为零。

  ③最后效果。在不同的负载率条件下,系统效率高达90%以上,采用先进的滤波技术,使输出谐波含量低于国家标准。功率因数达到0.96以上,动态响应时间不大于30ms,总之在相同工况条件下,能够多节省电量10%以上。

 

  (2)双PWM型控制方式

  当今电压型交一直一交的主电路应用十分广泛,SPWM调制仅用在逆变器部分,而整流器是三相不可控的。因输入有谐波存在,cosφ也较低,损耗较大,对电网有一定影响。随着变频器的广泛应用,对电网的谐波污染问题又提到议事日程,经专家研讨,认为采用双PWM控制,即整流桥也采用可控IGBT的SPWM方法是有效的。从理论分析cosφ=1,无谐波,有绿色变频器的美称,并能实现回馈再生制动。

 

  (3)采用矩阵开关控制方式——指逆变器DC/AC变换器采用矩阵开关方式。

  矩阵变频器具有cosφ可调,无中间直流环节,输出电压幅值、相位和频率可调等优点,具有良好的变频能力,输入cosφ≈l,输出电流波形好,谐波小,矩阵变频器是一种直接交一交变换。开关器件为全控器件SCR控制方式为斩控方式。交一交变频器则采用移相控制SCR实现交流电流与交流电动机之间功率直接变换,可实现能量双向流动。变频效率高,但存在输出工作频率低的缺点,它与双PWM性能类似。日本富士2010年已有产品可供,用于高速电梯为主MXT型,属PG矢量控制,精度模拟量输入在最高速时±0.1%,数字量输入±0.005.监测PG是脉冲编码器有转矩/速度指令、自整定功能、距离推测。THD<5%、cosφ>0.99损耗降1/3,原有的电介大电容、交流电抗器、滤波器都不要。

 

  (4)采用软开关控制方式——指逆变器DC/AC变换器以接通在电压U=0,断开在电流I=0的状态下进行。这样IGBT功率损耗最小,理想值为零,结温最低,大大减少工作过程的发热量,使散热器及风量减少到最小程度,使容量可大大提高。

 

  功率模块

 

  即逆变器DC/AC变换使用器件,它是变频器的重要的组成部分,其模块的质量对变频器至关重要,其器件的价值要占变频器总价值的50%左右,所以值得引起制造厂及用户的关注,是理所当然的。目前低压或高压变频器常用功率模块有IGBT、IGBT一HV、IGCT、SGCT、IEGT、SiC等。在这个问题上要注意如下:

  (1)模块的封装型式有单个(中,大功率)或IPM、PIM组合方式。

  (2)使用的安全系数,电压3~5倍的额定电压,电流3~5倍的额定电流,这样静态工作时器件负担小,动态工作时亦有足够的裕量,确保使用具有较大的安全可靠性,这点在国外的产品中是这样的,所以主电路的功率模块,损坏率几乎为零,然而国内的电压只有2~3倍额定电压,电流2~3倍额定电流。这时静态工作时亦没事,但动态工作时,往往因安全系数偏小,造成器件损坏可能性就高了,约为2~3%,特别是高压变频器,电压高3kV、6kV、10kV电流亦较大,而IGBT采取串、并联连接方式,这时必须关心静态均压及动态均压的方式,使用电阻、电容器的耐压、电流、功率值安全系数过小了,不但引起保护电路器件的损坏,在国内IGBT多数只是封装,尤其高电压、大功率的器件,多数是国外引进的。

 

  整流模块

 

  整流模块即AC/DC整流用,虽然较简单,但亦存在上述应该的注意点。

 

  微处理器或称CPU

 

  微处理器或称CPU是变频器的核心器件,其重要性不喻可知,好比是人体的大脑和心脏至关重要。过去国产变频器多数选用美国Intel公司16位的87C196MC为主,另有日本日立HD6433037F、MB90F462、MB6475328F10东芝的等。德国相对较少些。近几年一般不用专用IC芯片,ASIC而改用信号微处理器,一则货源多,二则价位低,三则性能更好,四则是32位的其抗干扰能力更强,传输速度更快,实时性好,信息量更大,这也是评判变频器质量的重要指标之一。