变频器飞车启动

高压变频器“快速启动”功能的实现分析了无速度传感器VVVF控制高压变频调速系统的“失控启动”方法，提出了变频器输出频率下降、降压限流的转子频率搜索方法。通过转矩电流分量间接观测转子频率，达到同步定子旋转磁场和转子转速的目的，实现电机在非静止转子条件下的平稳启动。关键词：飞车启动高压变频器频率搜索介绍大功率高压变频器广泛应用于石化、电力、冶金、城建等行业的各种风机和泵。它们在降低消耗、节约能源和改进技术方面发挥着重要作用。然而，随着系统应用领域的扩大，大功率高压变频器的简单无速度传感器VVVF控制也有许多需要改进的功能。电机转子处于旋转状态时变频器的启动，即所谓的“失控启动”，是一项相对重要的功能。在大阻力系统中，特别是在风扇应用中，转子及其承载的设备的转动惯量非常大，从旋转状态到静止状态的自由停车时间从几十分钟到几个小时不等。如果逆变器因电网原因、误操作或随机干扰而断电并再次通电，则电机转子仍处于旋转状态。如果变频器只能在转子静止的状态下启动，那么在许多场合，如石化过程、电厂锅炉和其他需要严格工作环境的生产过程中，变频器驱动的电机不能及时恢复运行，这将导致整个系统停止生产或机组断开。对于一个大规模的系统来说，意外的系统关机会给用户造成不可估量的经济损失。此外，在高压变频器为“一对多”的泵应用中，即一组高压变频器将一台泵“软启动”到50HZ，然后将其转换为工频，然后以同样的方式“软启动”另一台泵，并且只有最后一台泵使用高压变频器来调节速度和调节供水。当调速泵退出时，当输出超过要求时，需要将某一功率的变频泵转移到变频器进行调速。这种情况要求变频器具有“变频-工频-变频切换”的功能，而从工频切换到变频也要求高压变频器具有“失控启动”的特性。也有变频器驱动的生产设备不允许停机的情况，当变频器出现故障或需要维修时，需要将运行电机切换到工频运行状态，以保证生产设备不停机；当变频器经维护后允许再次投入运行时，将进入变频运行状态，以满足重要过程控制场合的实际需要，这也要求高压变频器必须具有“失控启动”特性。因此，大功率高压变频器具有“失控启动”的功能，是满足用户需求的必要和重要条件。否则，它在大型工业领域的应用将受到限制。2.多电平单元串联电压源高压逆变系统介绍主电路系统结构简介；多电平单元串联电压源高压变频器在我国应用广泛。每相六个单元的高压逆变器的主电路结构如图1所示。首先，通过移相变压器将三相三绕组的高压降低到三相多绕组的低压。为了减小谐波对电网的影响，通过扩展三角形的移相处理，低压侧每相六个绕组的电压相位相差10度。动力电池结构如图2所示。每个单元的输入侧是一个6脉冲三相全波二极管整流桥，每个相的6个单元的输入电压彼此相差10度，这相当于电网侧的36个脉冲。每个单元都是低压的变频器运行时，三相交流电源由功率单元中的整流二极管桥整流，电容阵列将脉动DC滤波成恒定DC。电容器阵列还用作脉宽调制输出的能量继电器池，为输出环路提供稳定的电压。对于每相六个功率单元的h桥逆变器，其PWM输出控制信号是通过将一个公共正弦波与六个三角载波进行比较而产生的，并且六个三角载波按照其自身周期的1/6交错排列，使得串联叠加后的六个单元的输出电压为13个阶跃波，如图3所示。其中，UA1.UA6分别为A相6个功率单元的输出电压，叠加后为变频器A相的输出电压UA0。该图显示了产生脉宽调制控制信号时使用的相位参考电压UAr。可以看出，UA0非常接近UAr。UAF是A相输出电压的基本成分。对于6KV变频器，功率单元的输入电压为三相600伏，当变频器的输出频率为50HZ时，功率单元的输出为单相577伏，单元串联后，相电压可为3464伏.由于变频器的中性点不与电机的中性点相连，变频器的输出实际上是一个线电压，由A相和B相输出电压产生的UAB输出线电压可以达到6000伏，这是一个25步波。图4示出了输出线电压和相电压的阶梯波形，并且谐波分量和dV/dt都很小。3.高压变频器“失控启动”方法高压变频器的“失控启动”是指当电机定子脱离变频器或工频电网时，电机定子处于“被动”状态，电机转子处于旋转状态，但转速是随机的、不确定的，因此电机定子由“被动”变为“主动”，电机定子的旋转磁场由“无”变为“无”，最终电机定子的旋转磁场将电机转子拖动至正常驱动。根据电机的原理，当电机定子的旋转磁场的速度和电机转子的速度相差很大，即转差率大时，会产生很大的电流，但电磁转矩不大。例如，当电机在工频下以全电压直接启动时，电机定子电流将达到额定值的57倍。然而，按照57倍的电机额定电流，高压变频器的容量一般是不可能匹配的。如果在“失控启动”期间高压变频器的输出频率很高(50HZ)，并且电机转子的速度很慢，则与此类似，需要过电流跳闸。另一方面，如果在“失控启动”期间高压变频器的输出频率较低，定子旋转磁场的速度低于电机转子的速度，此时电机处于发电状态，电机转子将能量送回定子侧给变频器的电容充电，从而导致变频器因电容电压泵引起的过电压而跳闸。因此，高压变频器“失控启动”成功的关键是输出与转子速度(频率)相同的频率。然而，电机转子频率是随机的，因此需要搜索电机转子频率，即“失控启动”首先开始搜索电机转子频率，在找到电机转子频率后，变频器将找到的转子频率作为输出频率。这样，既不会发生电容器电压的过电流也不会发生过电压抽取。对于不带速度传感器的电压/频率控制模式，西门子变频器用户手册提到有两种搜索转子频率的方法：本发明涉及一种可称为“定子输入恒定额定电流”的伏安曲线电压比较法。在搜索过程中，定子始终保持恒定的额定电流，并将变频器的输出电压与电压/频率曲线上的电压值进行比较。当两者相等时，此时的输出频率就是转子频率。另一种方法可称为“DC母线最小电流法”，即当定子旋转磁场速度与电机转子速度相同时，变流器DC母线电流最小，通过检测DC b间接检测转子频率后一个物理概念很清楚，但不能复制。在我国高压逆变电源装置中，没有DC母线电流检测，因此不能采用通过检测DC母线电流间接检测转子频率的方案。然而，在电动机被添加到搜索电压之后产生的定子电流可以被矢量分解，可以取出转矩电流分量，并且可以通过观察转矩电流分量来间接观察转子频率。当定子旋转磁场速度与电机转子速度相同时，电机转子速度即为同步速度。此时，理论上转矩电流分量应该等于零，但在实践中，旋转磁场的角频率在搜索电机转子频率的过程中会发生变化，通过矢量变换分解的转矩电流的变换关系是针对某个角频率的，频率搜索过程中的变化步长不能是无穷小的， 并且前一步可能高于转子频率，下一步可能低于转子频率，因此转矩电流分量应该被搜索为“接近零”。 也就是说，最小转矩电流分量用于“搜索”，并且给出最小转矩电流比较值。因为当电机定子的旋转磁场的速度低于电机转子的速度时，电机处于发电状态，电机转子将能量送回定子侧给变频器的电容充电，这样变频器的电容电压将会升压。因此，搜索过程必须从高于电机转子频率的频率开始，所有可能性都应考虑最高50HZ。因此，频率搜索从高到低单调递减。从高于电机转子频率的频率(50HZ)开始，如果直接按下V/F曲线，将输出“全”电压，类似于“全电压直接启动”，对电流和转矩有很大影响。因此，电压以“满”电压的5%20%输出。成功搜索后，电压将缓慢上升到该频率的“满”电压。也就是说，减弱电压限制了电流和扭矩冲击。虽然搜索过程是根据“满”电压的5%20%输出的，但也可能由于设