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变频器在横式起重装置的运用和它的波形扼制

2011-10-11    来源:中国节能网
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[ 导读 ]:  一、变频器在桥式起重机上的应用  桥式起重机变频调速一般用在提升机构和小车横向运动机构,由变频电机、变频器、控制器件及线路保护
  一、变频器在桥式起重机上的应用

  桥式起重机变频调速一般用在提升机构和小车横向运动机构,由变频电机、变频器、控制器件及线路保护开关等组成。为了防止变频器对外界的干扰和提高电机控制的精度,在变频器周围配有AC/DC电抗器、制动单元及制动电阻、滤波器等。还在起升机构的变频电机内配备有光电旋转编码器,以提高调速精度和响应速度。同时控制器件采用PLC与继电器相结合,提高控制系统可靠性。

  二、变频器的结构与谐波的产生

  变频器可分为间接和直接变频两大类。间接变频将工频电流通过整流器变成直流,然后再经过逆变器将直流变换成可控频率的交流电。间接变频有三种不同形式:

  (1)用可控整流器变压,用逆变器变频,两者要在控制电路上协调配合;(2)变频器整流用斩波器,用脉宽调压,逆变器变频;(3)用不控整流器整流,PWM逆变器同时变频,这种变频器只有采用可控关断的全控式器件(如IGBT等)输出波形才是正弦波。

  在逆变电路中,对电压型电路输出电压是矩形波;电流型电路输出电流是矩形波。矩形波中含有较多的谐波,对负载有不利影响。

  三、谐波的危害

  变频器的干扰对容量大的电力系统影响不明显,但对于容量小的系统,谐波产生的干扰不可忽视,它对公用电网是一种污染,并对其它系统产生如下危害。

  1.谐波使电网的元件产生附加谐波损耗,降低了发电、输电及用电设备的使用效率;大量的三次谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。

  2.谐波影响各种电气元件的正常工作。使用变频器的容量较大或数量较多时,产生的高次谐波干扰可使其它设备误动作。根据英国的ACE报告,各种对象对高次谐波的敏感程度如下:

  (1)电动机,在10%~20%以下无影响;(2)仪表,电压畸变10%,电流畸变10%,误差在1%以下;(3)电子开关,超过10%产生误动作;(4)计算机,超过5%会出错。

  3.谐波会引起电网局部的并联谐振和串联谐振,从而放大谐波,危害增加,甚至引起严重事故。

  4.谐波会对临近的通信系统产生干扰,导致通信质量降低、信息丢失、微处理器的系统程序运行失控,使通讯系统无法正常工作。

  变频器的干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的,主要分传导、电磁辐射、感应耦合。

  1.电路耦合方式。由于输入电流为非正弦波,当变频器的容量较大时,将使电网电压产生畸变,影响其他设备工作,同时输出端产生的传导干扰使直接驱动的电机铜损、铁损大幅增加,影响了电机的运转特性。显然,这是变频器输入电流干扰信号的主要传播方式。

  2.感应耦合方式。当变频器的输入电路或输出电路与其他设备的电路挨得很近时,变频器的高次谐波信号将通过感应的方式耦合到其他设备中。

  感应的方式又有两种即电磁感应和静电感应。

  3.幅射方式。即以电磁波方式向空中幅射,这是频率很高的谐波分量的传播方式。

  四、谐波的抑制

  1.加装静止型无功补偿装置,以获得补偿负荷快速变动的无功需求,改善功率因数,滤除系统谐波,减少向系统注入谐波电流,稳定母线电压。

  其中以自饱和电抗型(SR型)的效果最好,其电子元件少、可靠性高、反应速度快、维护方便,国内变压器厂可制造。

  2.对电力电子装置本身进行改造,使其不产生谐波,且功率因数可控制为1,也就是说使用理想化的无谐波污染的绿色变频器。绿色变频器的品质标准是输入和输出电流都是正弦波,输入功率因数可控,带任何负载都能使功率因数为1,可获得工频上下任意可控的输出功率。

  3.在市电网中采用适当的措施来抑制谐波,具体方法有以下几种。

  (1)安装适当的电抗器。变频器的输入侧功率因数取决于装置内部的AC/DC变换电路系统,可利用并联DC电抗器、电源侧串联AC电抗器的方法,使进线电流的THDV降低30%~50%。当变频器使用的配电变压器容量大于500kVA,且变压器容量大于变频器容量的10倍以上时,则在变频器输入侧加装交流电抗器。当配电变压器输出电压三相不平衡率大于3%时,变频器输入电流峰值很大,会造成导线过热,则此时需加装交流电抗器。严重时则需加装直流电抗器。该方案价格便宜,但限制谐波的效率有限,且电抗太大时,会产生压降损失。

  (2)加装无源滤波器。将无源滤波器安装在变频器的交流侧,无源滤波器由L、C、R元件构成谐波共振回路,满载时进线中的THDV可降至5% ̄10%,满足EN61000-3-12和IEEE519-1992的要求。此措施技术成熟,价格适中,适用于所有负载下的THDV<30%的情况。无源滤波器缺点是滤波易受系统参数的影响,灵活性小,轻载时功率因数会降低,对某次谐波有放大的可能。

  (3)装设有源电力滤波器。目前谐波抑制的一个重要方法是采用有源电力滤波器。它串联或是并联于主电路中,实时从补偿对象中检测出谐波电流,由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流,从而使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,无源滤波器相比具有高度可控性和快速响应性。其特性不受系统影响,无谐波放大的危险,国外已获广泛应用。但它容量大,价格高。

  (4)采用多相脉冲整流。在条件允许或要求谐波限制在比较小的情况下,可采用多相整流的方法。

  12相脉冲整流THDV大约为10%~15%,18相脉冲整流的THDV约为3%~8%,减低谐波成分,满足国际标准要求。缺点是需要专用变压器,不利于设备改造,价格较高。

  (5)使用滤波模块组件。目前市场上有很多专用于抗传导干扰的滤波模件或组件。这些滤波器具有较强的抗干扰能力,同时还具有防止用电器本身的干扰传导给电源,有些还兼有尖峰电压吸收功能。

  (6)选用D-YN11接线组别的三相配电变压器。三相变压器中将高压侧绕组接成三角形,低压绕组为星形避免相电动势波形畸变的影响。此时,由地区低压电网供电的220V负荷,线路电流不会超过30A,可用220V单相供电,否则应以220/380V三相四线供电。

  (7)变频器控制方式的完善。随着电力电子技术、微电子技术、计算机网络化等高新技术发展,变频器控制方式也有很大变化,如数字控制变频器,变频器数字化采用单片机MCS51或80C196MC及PLC为核心等,辅助以SLE4520或EPLD液晶显示器等来实现更加完善的控制性能;单一的控制方式有着各自的缺点,如果将这些单一控制方式结合起来,可以取长补短,从而达到降低谐波、提高效率的功效。在编制软件时适当增加对检测信号和输出控制部分的软件滤波,以增强系统自身的抗干扰能力。
 
关键词: 运用 装置
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