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變頻器低頻特性分析及改善措施
摘要:文中分析變頻器調速系統在低頻區域的特性，敘述了該系統在低頻區存在的一些問題，并提出相應的改善措施。關鍵詞:低頻特性系統分析改善措施
Abstract:Inthispaperanalysevariablespeedsysteminlowfrequecyregional
characteristics,someproblemsinsystemlowfrequencyreionalisdescribed,corresponding
improvingmeasureswereoffered.
Keywords:lowfrequencycharacteristicssystemanalyscimprovemeasures
1概述
由變頻器構成的交流調速系統普遍存在的問題是，系統運行在低頻區域時,其性能不夠理想,主要表現在低頻啟動時啟動轉矩小,造成系統啟動困難甚至無法啟動。由于變頻器的非線性產生的高次諧波，引起電動機的轉距脈動及電動機發熱，并且電動機運行噪聲也加大。低頻穩態運行時，受電網電壓波動或系統負載的變化及變頻器輸出電壓波形的奇變，將造成電動機的抖動。當變頻器距電動機距離較大時及高次諧波對控制電路的干擾，極易引起電動機的爬行。由于上述各種現象，嚴重降低由變頻器構成的調速系統的調速特性和動態品質指標，本文對系統的低頻機械特性和變頻器的低頻特性進行分析，提出采取相應的措施，以使系統的低頻運行特性能得以改善。
2變頻器低頻機械特性
2.1低頻啟動特性
異步電動機改變定子頻率F1,即可平滑地調節電動機的同步轉速,但是隨著F1的變化,電動機的機械特性也將發生改變,尤其是在低頻區域,根據異步電動機的最大轉距公式:
Temax=3/2{np(U1/W1)2}/{R1/W1 /(R2/W1)2 (LL1 LL2)2}式中np—電動機極對數;
R1—定子每相電阻;
R2—折合到定子側的轉子每相電阻;
LL1—定子每相漏感;
LL2—折合到定子側的轉子每漏感;
U1—電動機定子每相電壓;
W1—電源角頻率
可見Temax是隨著W1的降低而減小，在低頻時，R1已不可忽略。Temax將隨著W1的減小而減小，啟動轉距也將減小，甚至不能帶動負載。
2.2低頻穩態特性
電動機穩態運行時的轉距公式如下:
TL=3np(U1/W1)2SW1R2/{(SR1 R2)2 S2W2(LL1 LL2)2}
在角頻率W1為額定時,R1可以忽略。而在低頻時,R1已不能忽略,故在低頻區時由于R1上的壓降所占的比重增加,將無法維持M的恒定,特別是在電網電壓變化和負載變化時,系統將出現抖動和爬行。
3變頻器調速系統低頻特性
3.1諧波分析
由變頻器構成的調速系統,由于變頻器的非線性,電動機定子中除了基波電流外,還有各次諧波電流,由于高次諧波的存在,使電動機損耗和感抗增大,減少了cosφ,從而影響輸出轉距,并將產生6倍于基波頻率的脈動轉距。
以電流波形中的5次、7次諧波來分析，在三相電動機定子電流中的5次諧波頻率為F5=5F1(F1為基波電流頻率)，它在電動機氣隙中產生空間負序的磁勢和磁場，這個磁場的轉速n51為基波電流所產生磁場的轉速n11的5倍，并且沿著與基波磁場反的方向旋轉，由于電動機轉速一定，并假設接近n11，這樣由5次諧波磁勢在轉子內感應出6倍于基波頻率的轉子電流，此電流與氣隙基波磁勢的合成作用產生6倍于基波頻率的脈動轉距。
7次諧波所產生的磁場與基波同相序，但它所產生的旋轉磁場轉速7倍于基波旋轉磁場的轉速，故相應轉子電流諧波與氣隙主磁場的相對轉速也是6倍于基波頻率，也產生一個6倍于基波頻率的脈動轉距。
以上兩個6倍于基波頻率的脈動轉距一齊使電動機的電磁轉距發生脈動，雖然其平均值為零，但脈動轉距使電動機轉速不均勻，在低頻運行時影響最大。
3.2準方波方式下脈動轉距的產生
分別設ψ1、ψ2為定子磁鏈及轉子磁鏈的空間矢量，在穩態準方波(QSW)運行方式時(橋中晶閘管用1800電角脈沖觸發)ψ1在輸出周期內沿著正六邊形的周邊運動。ψ2沿著與六邊形同心的圓周運動，在準方波運行方式下ψ1和ψ2運動是連續的，但它們且有重大的區別，當矢量ψ2以恒定定子電壓角速度W1旋轉時，矢量ψ1以恒定的線速度沿正六邊形周邊運行，矢量ψ1線速度恒定導致其角速度的變化，進而引起ψ1和ψ2的夾角δ變化，除此，當ψ1沿著六角形軌跡移動時其幅值在一定程度上也有變化。當電動機空載時，由于處于穩態ψ1與ψ2的夾角與轉距T在W1t=0、π/6、π/3時為零，而當W1T≠0、π/6、π/3時，δ不為零，它與上面提到的ψ1幅值變化一起引起低頻轉距脈動，其頻率為定子電壓基波的6倍，當電動機帶負載時對應于一個恒定的δ均值，低頻轉距脈動將疊加于恒定轉距均值之上。
4系統低頻特性改善措施
4.1啟動轉距的提升
由于系統在低頻時R1上的壓降影響,使系統的啟動轉距隨W1下降而減小,為此變頻器設有轉距提升功能,該功能可以調整低頻區域電動機的力矩,使之與負荷配合,增大啟動轉距�？蛇x擇自動轉距提升和手動轉距提升模式，其原理是提升定子電壓也就相應提高了啟動轉距，但提升電壓設置過高，將導致電流過大引起電動機飽和、過熱或過電流跳閘。如1336PLUS系列變頻器的轉距提升功能，可自動調整提升電壓，以產生所需的電壓，可根據預定轉距所需的電流來選擇提升電壓，轉距提升在控制電流的同時使電動機處于最佳運行狀態，在選擇手動轉距提升時，要結合實際情況來設定轉距提升值。
4.2改善低頻轉距脈動
變頻器構成的交流調速系統的低頻轉距脈動直接影響系統動態特性,不論是變頻器的生產廠和系統集成的工程技術人員,都在盡力于改善低頻區脈動這一技術問題.如采用磁通控制方式、正弦波PWM控制方式，它不是按照調制正弦波和載波的交點來控制GTR的導通和關斷，而是
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