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使用变速电机驱动器:是好事还是坏事?

时间:2022-11-07 16:31:42来源:21ic电子网

导语:​现在,在许多使用电动机的应用中,该技术需要不同的速度。变速驱动器(VSD)在电机工业应用中的驱动效率方面发挥着重要作用,无论是在设计阶段还是在车间。

  整流器、中间电路、逆变器和控制单元是VSD单元的关键部件,如下图所示。整流器将交流电(AC)转换为直流电(DC)。在中间电路中,整流后的直流电源通常由电感和电容组合调节。逆变器将经过整流和调节的直流电转换回可变频率和电压的交流电源。通常,这是通过生成具有不同频率和有效电压的高频脉宽调制信号来实现的。控制单元监督VSD的整个操作;它监视和控制整流器、中间电路。

  VSD将与压力传感器或流量传感器等传感器连接,并进行编程以保持某个值(设定点)。它们可以与多个传感器接口,实现联锁和其他控制功能,并与提供实时操作数据的当前计算机网络连接。

  VSD的节能潜力取决于所驱动负载的特性。负载分为三种类型:变转矩、恒转矩和恒功率。可变扭矩负载在离心式风扇和泵中很普遍,并提供最大的节能潜力。这是因为扭矩随速度的平方(H1/H2=(N1/N2)2)而变化,而功率随速度的平方(P1/P2=(N1/N2)3)而变化。并且流量根据速度的变化而变化(Q1/Q2=(N1/N2))。

  那么变速驱动器对电机有害吗?

  来自典型的基于逆变器的 VSD 的基于 PWM 的可变电压/可变频率激励将如何影响典型的感应电机?

  VSD 用于改变感应电机的速度。感应电机传统上一直是恒速设备。它们以与施加电流的频率(大部分)同步的速度运行,尽管相位关系滞后。要改变速度,您需要一个频率(也可能是电压)可以改变的电源(可能是高功率)。这样做,你就有了一个 VSD。对于 VSD 控制器,施加的电压电平通常随着频率的降低而向下调整:由于反电动势在较低的速度下降低,因此需要较低的施加电压(否则电机电流会过度上升)。

  到目前为止,这非常简单。但是我们如何获得可变频率呢?我们只有 50Hz 或 60Hz 可用。非常简单。或者可能像 π 弧度一样简单。获取交流线路电压,对其进行全波整流、滤波,然后将该总线电压施加到由功率 FET 或 IGBT 器件制成的 H 桥(或三相 H 桥)上。如前所述,这是逆变器的核心。到目前为止,一切都很好。

  使用适当定时和相位排列的 PWM 信号来控制 H 桥的驱动信号。通过改变脉冲宽度/占空比,H 桥输出将在电机绕组中产生电流,平均而言,该电流主要呈现正弦曲线。电机的绕组电感及其惯性往往会使事情变得平滑。但这就是事情可能会变得有点麻烦的地方。

  那些讨厌的 PWM 波形平均来说是可以的——但它们快速开关的事实意味着它们中有很多高频成分。这可能会导致电机绕组过热。高 di/dt 还意味着电机绕组上会有高电压瞬变。如果电机不是为逆变器工作而设计的,它可能会损坏。

  损坏可能发生在您可能预料到的地方 - 电机绕组上的绝缘可能会恶化或完全损坏。烟雾和电弧是明显的迹象。

  损坏也可能发生在您可能没 想到的地方——轴承。同样,PWM 电流的高频成分是罪魁祸首。它可以通过电容将电流通过轴承耦合到电机外壳。这可能会导致看起来像点蚀或腐蚀的损坏——轴承的设计目的不是承载电流,而是承载机械载荷。

  另一个问题——从逆变器和电机之间的连接处辐射出的 EMI;或通过输入的交流电源线传导回来。在逆变器和电机之间添加 LC 滤波器有助于解决上述加热和绝缘问题。有时这只是由于从电机到过滤器元件的循环电流而移动了热量,所以也要注意这一点。在处理此问题时,必须从逆变器和电机供应商处获得应用工程帮助。

标签: 电机

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