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變頻電源應(yīng)用于風(fēng)機(jī)測(cè)試中

發(fā)布時(shí)間:2012-10-30 責(zé)任編輯:Lynnjiao

【導(dǎo)讀】通過對(duì)變頻器和變頻電源原理的研究和分析,掌握變頻器和變頻電源的輸出電源特性,了解實(shí)驗(yàn)室使用變頻器所帶來的諸多問題,為實(shí)驗(yàn)室選擇合理的變頻電源裝置提供依據(jù),特別是對(duì)電氣知識(shí)掌握較少的機(jī)械類工程技術(shù)人員來說,合理選擇實(shí)驗(yàn)室電源裝置,才能對(duì)產(chǎn)品性能檢測(cè)、型式試驗(yàn)提供保證,才能使產(chǎn)品在世界各地暢通無(wú)阻。

由于世界各國(guó)電網(wǎng)指標(biāo)不統(tǒng)一,出口電器廠商需要電源模擬不同國(guó)家的電網(wǎng)狀況,為工程師在設(shè)計(jì)開發(fā)、生產(chǎn)線測(cè)試及品保的產(chǎn)品檢測(cè)、壽命、過高壓/低壓模擬測(cè)試等應(yīng)用中提供純凈可靠的、低諧波失真、高穩(wěn)定的頻率和穩(wěn)壓率的正弦波電力輸出。然而,在實(shí)驗(yàn)室采用變頻器調(diào)節(jié)時(shí),給測(cè)試帶來了極大的困難,振動(dòng)增大、電磁噪音增大、溫升提高、測(cè)試儀表無(wú)法正常工作等問題凸顯,因此,能提供純凈正弦波輸出的變頻電源就成為實(shí)驗(yàn)室不可缺少的設(shè)備。

變頻器的應(yīng)用

當(dāng)今變頻器產(chǎn)業(yè)得到飛速發(fā)展,變頻器產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模日趨壯大。交流變頻器自20世紀(jì)60年代問世后,80年代就在工業(yè)化國(guó)家廣泛使用,進(jìn)入90年代,隨著人們節(jié)能環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng),變頻器的應(yīng)用越來越普及。

變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用上。為了保證生產(chǎn)的可靠性,各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí),都留有一定的富余量。當(dāng)電機(jī)不能在滿負(fù)荷下運(yùn)行時(shí),除達(dá)到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求外,多余的力矩增加了有功功率的消耗,造成電能的浪費(fèi)。

同時(shí),風(fēng)機(jī)、泵在使用變頻調(diào)速后,可以控制電機(jī)的啟動(dòng)電流,降低電力線路電壓波動(dòng),啟動(dòng)時(shí)需要的功率更低,具有可控的加速功能、運(yùn)行速度和轉(zhuǎn)矩極限,具備減速停車、自由停車、減速停車+直流制動(dòng)等受控的停止方式,能大幅降低能耗,節(jié)約了齒輪箱等機(jī)械傳動(dòng)部件。

變頻器在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用時(shí)帶來的問題

隨著出口產(chǎn)品的增長(zhǎng),世界各地電壓等級(jí)、頻率各異,其它國(guó)家和地區(qū)的工頻以60hz居多,電壓又有400v、415v的區(qū)別,由于對(duì)變頻器技術(shù)的相關(guān)知識(shí)掌握得較少,對(duì)變頻器電氣特性的測(cè)定方法掌握得不夠全面,開始我們采用變頻器提供所需的60hz電源,在測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)了諸多問題:

(1)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電壓變化。輸出60hz電源時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速并不是50hz時(shí)的1.2倍,將輸入側(cè)的電壓調(diào)整為380v時(shí),輸出側(cè)的電壓和輸入測(cè)的電壓不同,差異較大。這是因?yàn)樽冾l器是采用逆變技術(shù)的,通用的變頻器都是變頻變壓(vvvf),頻率發(fā)生變化,電壓也會(huì)成正比發(fā)生變化,如圖1所示。

變頻器輸出電壓和輸出頻率的變換
圖1:變頻器輸出電壓和輸出頻率的變換

(2)電機(jī)運(yùn)行電磁噪音增加。變頻器輸出的是矩形波電壓,存在高頻分量,因此電機(jī)會(huì)產(chǎn)生刺耳的高頻噪音,該噪音明顯大于風(fēng)機(jī)的噪音,給噪音測(cè)量帶來了難題。

(3)電機(jī)溫升升高。變頻器輸出電壓波形不是正弦波,而是畸形波,在額定扭矩下的電機(jī)電流比工頻時(shí)要多出約10%左右,所以溫升比工頻時(shí)略有提高(低次電流諧波使銅損增大,高次諧波使鐵損增大),給電機(jī)溫升試驗(yàn)帶來不便,使得溫升試驗(yàn)結(jié)果偏差較大。

(4)普通電磁、數(shù)字測(cè)試儀表失靈。變頻器的輸入電流和輸出電流中都有頻率較高的高次諧波成分,高次諧波電流所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)具有輻射能力,使其他設(shè)備(尤其是通信設(shè)備)因接收到電磁波信號(hào)而受到干擾,使得電磁式儀表、數(shù)字式儀表都不能用來直接測(cè)量交流電壓和電流,必須采用整流式儀表才能進(jìn)行較為準(zhǔn)確的測(cè)量。

針對(duì)出現(xiàn)的問題,我們和變頻器廠家的工程師進(jìn)行了多次討論和分析,對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行了合理地調(diào)整,通過調(diào)整載波頻率來減小電磁噪音、降低電機(jī)溫升,然而,電磁噪音和電機(jī)溫升在載波頻率面前是一對(duì)矛盾體,無(wú)法達(dá)到全部減小甚至消失的效果。

變頻器和變頻電源的區(qū)別

為了解決使用變頻器時(shí)的噪聲、溫升、測(cè)試等問題,就必須仔細(xì)分析變頻器的工作原理,盡量將影響降到最低。在學(xué)習(xí)、分析的過程中,我們發(fā)現(xiàn)了更為理想的實(shí)驗(yàn)室電源設(shè)備-變頻電源。下面對(duì)比變頻器和變頻電源的原理及區(qū)別,以方便工程技術(shù)人員進(jìn)行合理的選擇,在選擇變頻設(shè)備時(shí)少走彎路。

變頻器是可以改變頻率和電壓的電源。變頻器是由交流-直流-交流(調(diào)制波)等電路構(gòu)成的,將電網(wǎng)三相交流電經(jīng)過三相橋式整流成脈動(dòng)直流,再通過電解電容和電感濾波成平滑直流,最后通過逆變器,逆變成電壓和頻率可調(diào)的三相交流電。變頻器標(biāo)準(zhǔn)叫法為變頻調(diào)速器。

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變頻器的輸入電路是三相交流電源經(jīng)全波整流后向?yàn)V波電容器充電的電路,輸入電流總是出現(xiàn)在電壓的振幅值附近,呈不連續(xù)的沖擊波形式,如圖2所示,變頻器的輸出電路是把直流變成頻率連續(xù)可調(diào)的三相調(diào)制交流電壓的逆變橋電路,其輸出電壓波形是正弦調(diào)制spwm波,如圖3所示。

輸入電流波形
圖2:輸入電流波形

輸出電壓波形
圖3:輸出電壓波形

高次諧波電流在線路上所造成諧波壓降,引起電網(wǎng)電壓波形畸變,這個(gè)畸變影響到其它負(fù)載,導(dǎo)致用電設(shè)備效率降低,噪音增大,甚至在一些設(shè)備里發(fā)生共振,導(dǎo)致設(shè)備過熱,還會(huì)給儀表裝置和電訊設(shè)備帶來嚴(yán)重的電磁干擾,給測(cè)試裝置的精度及數(shù)據(jù)的可靠性帶來了嚴(yán)重的后果。因此,我們需要尋找替代變頻器的更為精密的電源裝置,變頻電源就是十分合適的選擇。

變頻電源是將工業(yè)電網(wǎng)中的交流電經(jīng)過ac-dc-ac變換,輸出為純凈的正弦波,輸出頻率和電壓一定范圍內(nèi)可調(diào)。它有別于用于電機(jī)調(diào)速用的變頻器,也有別于普通交流穩(wěn)壓電源。理想的交流電源的特點(diǎn)是頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、內(nèi)阻等于零、電壓波形為純正弦波(無(wú)失真)。變頻電源十分接近于理想交流電源,輸出相位偏差在±2°內(nèi),頻率穩(wěn)定率≤0.01%,負(fù)載穩(wěn)壓率在±0.5%范圍內(nèi),波形失真度≤2%(阻性負(fù)載),反應(yīng)時(shí)間最大值為2ms,效率≥85%,帶有輸入、輸出無(wú)熔絲開關(guān),電子電路快速偵測(cè)過電壓、過電流、過載、過高溫&短路并自動(dòng)跳脫保護(hù)及告警等保護(hù)裝置。因此,先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家越來越多地將變頻電源用作標(biāo)準(zhǔn)供電電源,以便為用電器提供最優(yōu)良的供電環(huán)境,便于客觀考核用電器的技術(shù)性能。

變頻電源可以帶載各種阻抗特性的負(fù)載,包括電感類、電阻類、整流類常見負(fù)載,需引起重視的是負(fù)載類型不同,所需變頻電源的功率容量有很大不同。

電源容量選擇方法:

阻性:電源容量 = 1.1×負(fù)載功率

感性:電源容量 =負(fù)載啟動(dòng)電流/負(fù)載額定電流×負(fù)載功率

整流:電源容量 = 負(fù)載電流波峰系數(shù)/1.5×負(fù)載功率

混合型:請(qǐng)按照不同負(fù)載所占比例適當(dāng)選取

注:對(duì)于冰箱、空調(diào)之類的感性負(fù)載,應(yīng)按照啟動(dòng)功率來選擇電源容量。啟動(dòng)功率一般為額定功率的5-7倍。

通過選擇合理的變頻電源,就能模擬世界各地的電壓、頻率,獲得可靠的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù),對(duì)于使用最為普遍的電機(jī)而言,要按照感性負(fù)載進(jìn)行選擇。我廠使用的電機(jī)最大功率為3kw,啟動(dòng)電流約為額定電流的3倍,因此選擇15kva的電源容量已經(jīng)足夠。當(dāng)然,變頻器和變頻電源的價(jià)格也不在一個(gè)數(shù)量級(jí),變頻電源的價(jià)格約為變頻器的10倍。
 

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