采煤机变频器课件.ppt

采煤机变频器技术交流，2011-12-05，交流调速系统概述交流驱动和控制技术是目前发展最快的技术之一，与电力电子设备制造技术、转换器技术控制技术以及微机和大规模集成电路的快速发展密切相关。从20世纪50年代末开始，电气传动领域发生了重要的技术革命。以一定速度使用的交流电动机取代了复杂、昂贵、维护繁琐的直流电动机，实现了速度控制。进入20世纪70年代，现代控制理论、新型大功率电力电子装置、新频转换技术、小型计算机数字控制技术等在实用应用中取得了重要进展，才为交流电机调速技术的飞跃奠定了坚实的基础。第一，变频原理1，变频作用是交流异步电动机的调速交流异步电动机的速度公式为：n=(1-S)n1=(1-S)60f1/P其中，f1:定子电源频率P:定子绕组极对数S:转换速度2、定义变频器的变频器也称为变频器(变频器)，是利用电力半导体器件的通过作用将工频电源转换为其他频率的电力控制装置。3，变频调速的原理变频调速是通过变频器对电机定子输出一个电压，其频率可持续变化，达到调速目的。使用频率控制的感应电动机的机械特性如下图所示。4.变频器的分类按转换链路划分。AC-直线-AC变频器、AC-AC变频器分为直流链路特定的能量存储方式。1)电流变频器：储能部件是电感线圈2)电压型变频器：储能部件是按控制模式划分的。1)v/f控制变频器在电压/频率下具有一定的控制，其控制原理是在解决变频器的同时保持可变电流的控制理论(v/f=常数，称为vvf)。这是通过滑动补偿达到转矩上升的控制方法。目前通用的变频器采用了很多电压/频率常数控制，技术成熟，价格低廉。2)基于交流电机两轴理论的矢量控制逆变矢量控制(victorcontrol)的变频器，将同步旋转坐标中的定子电流矢量分解为两个分量。一个分量与称为励磁电流分量的转子磁通量矢量相匹配。另一种垂直于转子磁链矢量(称为转矩电流分量)的方法是在旋转坐标系中控制定子电流矢量的位置和大小，控制励磁电流分量和转矩电流分量的大小，并以与直流电动机相同的方式控制磁场和转矩。3)直接转矩控制变频器避免了矢量控制中的二次坐标转换和矢量的模块以及求相位角度的复杂计算任务，直接在定子坐标系中计算电机的转矩和磁通量，通过转矩控制将转矩响应时间控制在1位以内，不超出，提供了比矢量控制更好的性能。5，变频技术概念，定义，名称，AC-DC，AC转换为DC，称为整流。将Dc-AC、Dc转换为交流电源是整流的反过程，称为逆变器。AC1-AC2，将一种形式的交流电源更改为另一种形式的交流电源。如果转换前后频率不变，则称为交流电压调节；如果转换前后频率变化，则称为频率转换。DC1-DC2，直流电压大小转换为称为斩波。6、交流-直-交流逆变结构、交流-直-交流逆变结构方框图、各元件功能逆变器的基本结构由整流电路、中间直流链路、逆变电路和控制电路组成。整流电路：通过配置电源转换电路，使用电子设备的单向导电开关特性输出单方向电流，将输入的交流电源转换为输出的直流能源。整流电路分为可控制整流电路和不可控制整流电路两种。三相变频器通常采用三相桥式结构。不受控制的整流电路由电源二极管组成，整流输出的直流电压与电源电压成正比，不能随机调整。不可控制的整流电路很简单，另外一个优点是输入电流和电源电压基本上可以保持相同的相位。可控整流电路由晶闸管或IGBT组成，通过外部触发信号控制传导时间，可以改变输出电压。中间DC链接：过滤，能量存储。滤波元件决定了输出电压和电流均有一定波动的电源的整流电路形式，必须对其进行滤波才能用于逆变器。过滤整流器输出是中间的重要工作。过滤元件可以是电容器或电感，在整流电路的输出端过滤并行电容，使逆变器输入等于一个电压源，这称为电压源变频器。对于整流电路的输出端串行电感滤波，逆变器输入端与电流源相同，变频器也称为电流源。电压源滤波电容具有较大的容量，通常配置为多电解电容串行和并行，因此首次打开设备时会产生大量瞬时充电电流，可以采取多种措施限制此电流，如下所示：逆变器：在常规控制逆变器中，可以将主开关设备的通过和关闭、直流电源调整为任意频率的三相交流输出。控制电路：控制电路是向异步电动机供电的主电路提供控制信号的电路，包括频率、电压的“运算电路”、主电路的“电压、电流检测电路”、电动机的“速度检测电路”、放大运算电路控制信号的“驱动电路”、逆变器和电动机的“保护电路”所有这些数字通用变频器都具有强大的控制功能，即使没有速度测量反馈，松鼠笼电机也能具有机械特性和快速正向反转能力。20世纪80年代末，煤矿也开始使用变频器来调节采矿、挖掘、运输等主要设备的速度。采煤机的牵引电动机、提升机、绞车、井下风扇、泵和带式输送机电动机的调速等。拖曳拖曳可以两种方式执行：拖曳一次和拖曳一次。我集团公司目前使用的电力牵引采煤机主要生产于鸡西煤机厂和西安煤机厂，这两种采煤机牵引电机的变频控制采用ABB变频器ACS800系列，该型号的变频器在原基础上进行二次转换，从风冷改为水型。变频器是一种水冷结构，在专用冷却铝板上安装了整流模块和逆变模块，铝板与腔底水冷壁紧密接触(中间将热量输送到热导脂肪)。正常使用，变频器产生的热量被水冷壁去除。变频器的散热问题解决得很好。ACS800变频器使用先进的控制算法直接转矩控制(DTC)对电源设备中的每个交换机进行精确控制，与矢量和标量控制相比，减少了冗馀交换机的数量，提高了能效，满足了高精度控制要求。直接转矩控制算法是ABB变频器的核心。ACS800壁挂式风冷结构、采煤机制造商可以使用水平水冷结构、8、ACS800逆变主电路、压敏电阻板RVAR:工业环境中的输入保护板替代RRFC板。压敏电阻、接地点、压敏电阻、压敏电阻、电流互感器、MOS管、回流二极管、IGBT触发器、充电接触器、充电电阻、电解电容器、电压均衡电阻、充电接触器、压敏电阻、电解电容器、电压主要作用是提高输入端的功率因数，在电网和反馈时过滤谐波。这时要注意，电容器必须连接在牵引变压器和反应器之间。(2)入口压敏电阻具有抑制瞬态过电压保护变频器的作用。(3)大多数变压器是用于检测电流并计算过流、缺相、接地等故障的霍尔电流器。(4)IGBTIGBT IGBT是MOSFET和双极晶体管复合器件，是由MOSFET、输出极PNP晶体管组成的绝缘栅双极晶体管的缩写，其驱动功率和开关速度快，双极器件饱和压力低，容量大。5)吸收电容器主要吸收谐波。各部件的作用6)充电电阻在过帐时具有限制整流电路的充电电流和滤波电容的冲击的作用，电容充电完成后，接触器动作，电阻绕过。7)电解电容器是滤波电容。变频器功率越大，电容器的容量越大，滤波器电容的压力一般为450V。因为380V级逆变整流滤波器后的电压为600V，两个或两个串联后耐压可以达到900V。(8)电压均等化电阻1是放电电阻，关闭电源后，最大限度地释放电容器的电流，另一个是保持滤波电容器电压相同的均等压力。9、ABB控制电路板：马达控制和I/O板(RMIO)、24VDC电源、2路现场总线的并行端口现场总线I/O扩展脉冲编码器新可选部件系列、PPCC-link=串行通信和RINT通信4通道PC连接具有主从通信的DDCS适配器、驱动程序板：集成电源接口板、*集成开关电源*集成整流器和反相器门驱动器*电流电压AD转换*风扇控制*接地检测、键盘操作、CDP312R显示器的第一个异步电动机有两种运行状态：电气和制动，我们用坐标表示电动机的速度和输出转矩，x轴表示转矩，y轴表示旋转速度，电动机的速度和转矩方向相同时，电动机处于电气状态。马达速度和扭矩的方向相反时，电磁扭矩为负，起到制动作用。电磁功率也是负值，电动机处于发电状态。如下图所示，象限1是马达正旋转方向的电状态，象限2是马达正旋转方向的发电状态，象限3是马达反方向的电状态，象限是马达反方向的发电状态。这是所谓电动机的四象限运行。生产机器在运行过程中需要快速减速或停车，部分设备必须保持多台设备的生产前/后恒定速度差或拉伸距离，从而产生发电制动问题，电动机可以在第二或第四象限运行。但是在实际应用中，一般采用电压源控制方式。其中，直流环不能通过钳制电压快速反转，并且直线环通常使用不能反转电流的非控制流桥，因此更难实现反馈制动和象限运动。在变频调速系统中，电机的降速和关机是通过逐渐降低频率实现的，在频率减少的瞬间，电机的同步速度下降，由于机械惯性，电机的转子速度保持不变。如果同步速度V1小于转子速度v，转子电流的相位将接近180，电动机将从电气状态转换到发电状态。与此同时，电机轴上的扭矩变为制动力矩Te，电动机的速度迅速下降，电动机进入再生制动状态。马达再生的功率p通过速流二极管传播整流反馈到直流电路。直流电路的功率不能通过整流桥补偿给电网，因此仅通过变频器自身的电容吸收，其他部分可以消耗电力，但电容器仍积累短时间电荷，形成“泵升电压”，从而上升电流电压Ud。过高的直流电压可能会损坏设备的某些部分。因此，如果负荷处于发电制动状态，则必须采取措施处理此部分重启。下面介绍了处理可再生能源的方法：能耗制动和反馈制动。11、变频器能量制动能耗制动，在变频器直流侧添加放电电阻元件，实现功率电阻的再生功耗。这是处理可再生能源的最直接的方法，通过专用能耗制动电路在阻力中消耗可再生能源。转换为热，也称为“电阻制动”，由制动装置和制动电阻两部分组成。制动单元制动单元在直流电路的电压Ud超过指定限制(例如660V或710V)时，连接能量消耗电路，使电流电路通过制动电阻时将能量释放为热能。制动单元适用于低功耗通用变频器，适用于高功率变频器，或对制动有特殊要求的条件。原则上，两者都充当打开制动电阻的“开关”，包括电源管、电压采样比较电路和驱动电路。制动电阻制动电阻是用于以热方式消耗电动机可再生能源的载体，包括电阻电阻和功率容量两个重要参数。通常项目中主要使用的是波纹电阻和铝合金电阻。电子使用表面的三维皱纹，分散热量，减少寄生电感，选择高阻燃剂无机涂层，保护电阻不老化，延长寿命。后者比传统的陶瓷骨架电阻器具有良好的耐候性、耐候性，在苛刻的工业控制环境中广泛使用，贴合容易，附着容易，外观美观。制动过程能耗制动过程如下。马达被外力减速和反转时(包括拖动)，马达以发电状态运行，能量反馈回直流电路，母线电压上升。电流电压达到制动单元开启的状态时，制动单元的功率管传导，电流通过制动电阻。制动电阻以热能消耗电力，电机速度减慢，总线电压也下降。如果总线电压下降到关闭制动单元的值，制动单元的电力管就会关闭，制动电阻没有电流通过。采样总线电压值，制动装置重复开/关过程，平衡总线电压，系统正常运行。11、变频器反馈制动采煤机变频器常用的反馈制动是对电网制动的反馈，将直流总线的再生功率返回交流电网，实现直流电路和电源之间的双向能量传输的最有效的方法之一，是使用再生电逆变器作为与电网频率相同的交流回送电网，实现制动。将整流桥上不受控制的设备二极管更换为可控制的IGBT是常见做法。变频器正常工作时，整流器起整流作用。需要反馈制动时，整流器充当由触发信号控制执行反馈逆变器，使电网反转的逆变器。12，变频器的主从控制(一种拖放模式)ACS800变频器的主从功能设计为由多个ACS800变频器驱动，同时电机轴可以通过齿轮、链条或传送带等相互结合。由于这种主从功能，载荷可以在滚动单元之间均匀分布。外部控制信号仅连接到主机。主机通过光纤串行通信链路控制从系统。主机是常规速度控制，其他驱动器单元遵循主机的转矩或速度。一般情况：主机和从动件马达轴透过齿轮和链条等紧密连接时，必须在从属装置上使用扭矩控制模式，以避免传输之间出现速度差异。，13、变频器的保护功能变频器的接地保护功能变频器的接地故障保护，在变频器运行期间，总是监测电机和电机电缆的泄漏和接地，接地故障检测基于在变频器输入端安装零序电流互感器，接地保护泄漏电流的测量，通过DSP数字信号处理器计算处理判断接地故障是否发生，一旦出现接地故障，变频器立即停止输出。变频器是变频器的过电压保护功能，它检测自身的直流总线，判断供电电压是否过电压。超压极限整数值为1.3Umax，Umax是牵引变压器输出的最大值。牵引变压器的输出电压为380V时，设定为Umax=415