变频调速技术在流速仪检定车上的应用.docx

1、1999年第1期水利水文自动化变频调速技术在流速仪检定车上的应用（南京水利水文自动化研究所）o概述众所周知.直流调速系统具有较优良的动瓣态指标长期以来，调速运行的装置基本以直流调速系统为主.但直流调速也存在着一些固有的缺陷，主要表现在故障率高，维护工作量大$分立器件居多.容量、电流、电压受到换向条件的限制3对使用环境要求较高；成本高、价格贵.而对交渡电机而言，虽具有结构简单、价格便宜、坚固耐用、故障率低等优点但调速却困难一般调速方案的性能指标远落后于直流调速。随着交诡电机调理理论的突破和变额器性能的日臻完善.交流电机调速运行的一些固有缺陷已经得到克服。目前.交流变频变压调速系统的性能已经可以和

2、宜流调速系统相匹敌，其中矢量控制型变频变压调速系统的有些指标已经超过直流调速系统。矢量控制技术、败字控制技术和PWM技术在变频调速系统中的应用，极大地推动了交流变频调速技术在高精度控制领域中的应用。1流速仪检定车的调速运行根据水文仅卷总技术条件的要求，各转子式流速仪的出厂检定和使用中的转子式流速仪的检定必须在已检测的流速仪检定水槽中检定.方能投入使用.目前.国内有10多个流速仪检定水槽在运营中所采用的驱动方式大多为直流调速系统.存在着故障率高，维修工作量大的缺陷，特别是低速段（0.01-0.10m/s时）的速度稔定性难以得到保证，检定的低速V-A关系曲线可靠性就不高。而交流调速在流速仪检定车上

3、的应用，遇到的主要何题有：低速段速度稳定性向题；启/制动段的距离何题；转差何题。2变频变压调速技术的应用针对上述存在的问题，在为越南水文气象总局研制的一套流速仪检定车系统项目中，采取了以下的措施成功地解决了上述主要问题。2.1选用西门子公司SIMOVERT.6SE21系列变频器.解决了低速转矩提升问题。根据电机理论，交流电机的电磴转矩T8（牛）当输入电压降低时，电磴转矩将以平方数下降。在拖动恒转矩负载时.由于轨道不平、车轮变形等因素造成负载转矩变化.低速运行的电机过载能力下降,造成车速不稳.而6SE21系列变频器具有低转速下的转矩提升功能，使得电机低转速下的转矩过载能力提高150%.通过线性调

4、节，使v/f-c,可以使甲为电机的主磁通）.即使交流电机的主每通保持不变.电机不会出现欠励或过励的不正常情况，这样.既不会因为v/f的降低而使电机产生的转矩无法满足起动及低速稳定运行的要求.又不会因为v/f的上升而使电机主磴通过蚀和。当代保持不变时转子电流和电磴转矩仅由转子转速决定，从低速到高速范围,两者之间保持着确定的关系,电机的功率因素及效率在调速运行中基本不变,都将保持在额定参数运行时的水平上。通过低速转矩提升，保持主磁通不变，使得交流电机的起动特性和低速运行的稳定性得以大幅提高。从实际运行的效果来看，越南流速仪检定水槽总长度为76m,有效运行长度仅为58m的长度上，实现了3.5m/s的

5、检定运行速度。在最大运行速度下，其起动距离不超过8m。在低速稳定性方面，当低速电压提升值为4%>v=0.01m/s时，超出一个数据点.当提升值改为6%,且变原器起动不超额定电流的情况下满足一级水槽速度稳定性的要求。2.2采用能耗制动作为常用制动方式因制动段长度有限，采用能耗制动方式最为简便、安全。采用西门子6SE2100-1BB25制动控制器及配套的6SE1200-30A20制动电阻作为能耗制动单元，其连续制动功率为3.6kw,占空比为1。%,其框图见图1。r-Go-RES/W1Do-ECIERNAI.RESISTORSOPOWERSWITCHCOSTIKOLLERWLTAOEREFEN

6、ENCEANDCOMPARATORDGTYCYCLEOONTNOLPOWERISWITCHDRIVERjTb6*20-21POWEKSUPPLYNOACLlCOMMONPOWERSWITCHTAULTMONITORINPUT”RELAY1JD2.3选用同步电机作为拖动电机当负载转矩变化时，异步电机的转差将发生变化，这将引起检定车运行速度的不稳。通过变频器的转差补偿特性虽可补偿1/32/3的转差，但在低速状态下，尤其是物道状况不好的情况，仍无法潸足速度稳定性的要求。为消除转差的形响，选用同步电机作为拖动电机。同步电机的转速待性为：60fn=P其中：n转速rpmf输入电压的频率HzP极对数当同步电

7、机的极对数确定后,其转速只与输入频率有关，在同步电机不失步的情况图1下，转速与输入频率呈线性关系，便于检定车运行速度及检测点的选择。由于变频变压调速的频率稳定度（串行/数字控制方式）可达0.01%,因此，即使在开环状态下，系统也有很高的调速精度。检定车低速运行时机械减速比1=100,在同步电机不失步的情况下，其功率角S的调节范围最大为汗/2.检定车以0.01m/s的速度运行时，输入频率为f=2Hz,同步电机的转子转速n=60rpm,即每秒钟1转，4孤电角度（p=2.4极同步电机）。折算到车轮上的速度误差左v=祭寻100=0.125%。完全符合检定规程低速段速度稳定性的要求。高速运行时转速误差小

8、于最低运行速度时的误差值，因而在整个速度范围内可摘足调速精度的要求。2.1选用串行/数字控制方式由于申行/数字控制方式的给定频率稳定度比模拟给定高2个数量级，采用RS-485串行通讯，抗干扰能力强，可根据运行方案的需要动态，实时地调整变源黝的运行参数.因此选用串行/数字控制方式作为主控制方式.总之，采用变频调速技术驱动检定车的一突出优点是可鼻性高。检定车上电后，动力部分没有动作部件，而变频器本身具有很高的可尊性，过载能力强.保护完备.整个检定车的运行可作性也很高，在交付运行的一年多时间里，没有发生任何危及安全及延误试验的故障。3系统组成越南流速仪检定车的电包驱动原理框图如下：滑线控制计算机一；85同专电机鱼载控制回路磴回路为消除滑线电刷接触不好而造成输入交流电的毛刺和周围强电磁波对变频器的干扰，在变频器的输入端申入了一只谐波波波器，可以有效地滤除高次谐波，防止输入变频器的波形畤变.为防止电气线路对控制回路，特别是计算机通讯线路的千扰，电气线路与控制线路、通讯线路严格分开布线，分槽走线，避免了电气线路对其它线路的干扰。考虑到越南气候的高温高湿及线路简化，在同步电机不失步的情况下，调整同步电机的励破电压为40V,并在运行过程中一直不退出.4结束语经过半年多的设计、调试及近两年的运行，证明变频调速技术应用于流速仪检定车是完全