讲稿大功率问题及思考摘要.ppt

试验3. “旁路”变频器试验 在196秒前，电机由变频器 带着缓慢加速，轴转矩大幅 振荡；在196至198.7秒期间， 变频器切除；在198.7秒后， 电机接电网，再加速至额定 转速后，轴转矩振荡幅值减 至电机额定转矩的10％。 表明，轴扭振来自变频器。 试验4. 普遍性试验 在这工厂中还有一台变频调速风机，它的电机和变频器与事故风机相同，其轴系一直没坏。为弄清事故风机轴系故障是个别案例，还是具有普遍性，他们对这台无故障的风机轴系也进行同样测试。试验结果表明，这台无故障风机的轴系和事故风机一样，也存在不寻常的高幅值扭振，只是由于工作于不同转速，沒产生破坏性扭振，同样处于危险状态。 表明，轴扭振普遍存在，仅强烈程度不同。 试验5. 控制系统对比试验 开环V/F控制和矢量控制两种系统激励的轴扭振沒多大差别。 扭振分析 在风机中，电机通过一根细长轴驱动风机，构成两质量系统。 特点，电机转子旋转的角速度w r和转角q r与风机的角速度w f 和转角q f不同。轴传递的转矩Ts与转角差(q r- q f)成比例 由此，从电磁转矩Tm至轴转矩Ts的传递函数 式中：Ks是轴的弹性系数； Ds是轴的阻尼系数； Jm和Jf 是电机和风机的转动惯量。 它是二階振荡环节，谐振频率为 谐振时，转矩放大倍数(Ts与Tm幅值之比)As为 代入炼油厂实例参数，得 fr=28.6Hz (与测试结果相符)， As=50.3 (34db)， 表明只要电机输出转矩中有2％的fr谐波，便可激发出100％的轴转矩振荡。 轴系等效电路 谐振时，能量在电感和电容中交换，外部输入不大。相应，轴扭振时，轴的弹性势能和转动物体的动能在交换，需要的外部激励转矩不大，这是电动机电流波动不大，事故无明显前兆的原因。 在设计扭振抑制电路时需注意，谐振时Ts与Tm相差90°(谐振频率)。 扭振对策 轧机传动也出过扭振事故，它是由于采用电力电子变流后，转速环频带展宽，复盖了谐振频率(fr)所致，解决办法是引入陷波滤波，切断 fr信号的反馈通道。 风机传动多用开环V/F控制，控制信号本身干净，陷波滤波无用。它的扭振由变频器输出谐波产生，解决办法宜从两方面入手： 减小变频器输出谐波；在控制系统中引入抑制环节。 减小变频器输出谐波 在炼油厂实例中，Rockwell公司采用4项措施来减小谐波： a) 采样和数据更新周期从每开关周期1次改为2次； b) “死时”补偿的计算从每开关周期1次改为2次 ； c) 直流母线电压补偿用的直流母线电压信号从非线性滤波改为取平均值。 d) 直流电抗器从饱和型改为不饱和型。 采用上述措施后，转矩振荡幅值减小至可接受值。 B. 在控制系统中引入抑制环节 检测振荡信号，微调变频器输出抑制扭振。 振荡信号检测： 轴转矩Ts的振荡，难在现场直接实时测量，但会在电机轴转矩Tm中有反映，可借助转矩观测器用电机电压、电流信号计算Tm (与VC或DTC系统的转矩观测相同)，间接了解Ts。注意，在总转矩信号Tm中，谐振分量所占比例不大，加之总Tm中还有其它谐波成分，因此宜用谐振滤波或谐振调节器把 fr 分量检出。另外，谐振的Tm和Ts分量相位差 90°，信号检测、滤波和离散都带来滞后，导致算出的Tm信号中fr 分量相位变化，需要按fr 频率进行相位补偿。 微调变频器输出： 不同调速系统采用不同微调变量和方法。微调变量需选用与转矩Tm关系最直接的变量。 对于开环V/F控制系统，建议微调变量选频率给定Df *，因为微调时转速和磁链基本不变，调频率就是调转差，转差与转矩成比例，关系直接。 异步机无转速传感器矢量控制系统低速问题 无转速传感器矢量控制系统的低速性能不好是一个长期未解决的难题。它限制了调速范围。 原因 — 转速观测的基础是定子电势计算及基于它的电压模型(VM)。低速时电势=电压-电阻压降，这时电压和电势都很小，电阻压降占很大比例，受温度变化及开关器件非线性影响，电势算不准[9]。转速观测的基准没有了，观测器无法正常工作。 对策 — 寻找不依赖电势计算及电压模型的转速观测方法。 模型参考自适应转速观测器最常用，通常以电压模型VM为基准(参考模型)，因它与转速无关，以电流模型IM为可调模型，因它与转速有关，通过比较二者得到转速观测值。 两种常用观测器： 基于转子磁链的方法(MRASF) 基于