ACS1000的实例应用.doc

一、简述变频器的发展和应用 1、概述 鉴于直流传动具有优越的调速性能，在上世纪大部分年代里，高性能可调速传动都采用直流电动机，而约占电气传动总容量80%的不变速传动则采用交流电动机。70年代变频器的问世彻底打破了交直流传动按调速分工的格局，经历近半个世纪的研究，变频技术从晶闸管(SCR)时期发展到今天的大功率晶体管(IGBT，IGCT)和耐高压大功率晶体管(HVIGBT)时期，控制技术也发展到今天的矢量控制和直接转矩控制且已全数字化，其机械特性硬度能满足具有一定硬性负载的调速要求。 现今交流变频调速传动装置已有很好的运行特性，并可作为现场级与自动化级连接在一起，应用更灵活，通信更自由，对供电系统也可实现无干扰，应用范围几乎涉及到整个工业领域。 1、变频技术的发展 1） 功率开关器件的发展 当今交流变频传动装置大多采用SPWM(Sin Pulse Width Module，正弦脉冲宽度调制)方法，即三相交流经整流和电容滤波后，形成恒定幅值的直流电压，加在逆变器UI上，逆变器的功率开关器件，按一定规律控制其导通和断开，使输出端获得一系列宽度不等的矩形脉冲电压波形。如改变脉冲宽度即可控制逆变器输出交流基波电压的幅值；改变调制周期即可控制其输出频率，这样就同时实现了调压和调频。随着变频器快速性、精确度及可靠性的不断提高，对功率开关器件要求越来越高，即开关频率要求在几十千赫兹，导电损耗低，在各种应用领域的可靠性高，目前除GTO外，现较成熟的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)和IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor，集成栅整流晶体管)，IGBT还有高低压之分。西门子公司在发展IGBT技术方面，不仅开发了耐高压HV-IGBT，在提高关断和载流能力方面有了新的进展；且每次通电或断电时的瞬变电流和瞬变电压可通过门电路进行控制。ABB公司在发展IGCT技术方面，主要是在快速、均衡换流和内在低损耗等取得很大进展。 2)控制理论和控制技术的发展 由于交流电动机原理上的原因，其数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，要像直流电动机那样直接通过电流对电磁转矩进行灵活和即时的控制有一定难度。如果将交流异步电动机经过坐标变换可以生成等效的直流电动机模型，模拟直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应坐标变换反变换，就能控制交流异步电动机。由于进行坐标变换的是电流(代表磁动势)的空间矢量，由此实现的控制系统即称为矢量控制系统。当今矢量控制的交流变频器组成的传动系统已完全实现数字化、智能化、模块化控制，即有一个集成高动态性能、优良控制特性、极高灵活性的模板，来实现与电动机有关的控制任务，而且带有大量自由功能模块，用这些模块也可处理与传动有关的控制，如西门子公司CUVC控制模块等；同时在软件配置上也已实现了标准化和模块化，还提供了许多非标准功能，如手动—自动设定、输入设定值的通用性、自动重启动功能等，可以说矢量控制的交流变频调速系统的静、动态性能已完全能够与直流调速系统相媲美，是目前最成熟、完善的技术。 继矢量控制系统以后，直接转矩控制系统(DTC)是近十几年发展起来的、又一种高动态性能交流变频调速系统。在DTC中，定子磁通和转矩作为主要控制变量，在等效电动机自适应模型软件中，通过高速度数字信号处理器，电动机状态每秒更新达几万次。由于电动机状态连续不断地更新，实际值与参考值不断进行比较，实现对逆变器中每个开关状态单独确定，从而对负载突变或电源干扰所引起的动态变化作出迅速反应，故其动态特性好。DTC强调转矩的控制，在控制理论上属于Pang-Pang控制。在高速状态下，其控制水平与矢量控制没有差别；但在低速状态下，其转矩控制不稳定，易发生震荡，引起传动轴系震荡。 3)高压变频器 所谓高压等级为2300V、3300V、4160V、6000V(也有称之为中压)，在高压变频器推出前，大功率高压交流异步电动机如需采用变频调速传动，有两种方法，一是靠低压器件功率单元串联组成高压，如罗宾康公司高压变频器，由于控制复杂，功率器件太多而使得其可靠性下降，同时每个功率单元均为双电平结构，必须至少采用多重化技术才能满足谐波标准要求。另一种是所谓“高—低—高”，通过变压器将高压变低压(一般690V)，在低压侧变压变频，再由升压变压器升至和高压电动机相匹配的电压，组成高压交流调速传动装置。随之耐高压大功率晶体管(HVIGBT)(IGCT)的推出，近几年来A-B、Siemens、 ABB纷纷推出高压变频器，其特点是变频器输出可直接接入高压电动机，无需专用变频电动机，也称高—高变频器，现最大可用于7500kW异步电动机的速度和转矩控制。为满足脉冲整流器