变频器对冷却风机的调速原理及运用

2022-09-11

1 变频器对冷却风机的调速原理

利用变频器将工频电源变换成另一频率的电能, 为三相交流异步电动机提供调频调压电源, 从而达到改变冷却风机的风速。

(1) 异步电动机调速方法。

三相交流异步电动机是用来把交流电能转化成机械能的, 其定子磁场的转速n 0被称为同步转速。同步转速为。式中, f为频率, p为电动机磁极对数, 其单位为r/min (转/分) 。而异步电动机的实际转速n总是小于n0的, 所以转差为

一般s在1%~5%范围内, 它决定于气隙的大小、硅铜片质量、铜耗、铁耗、风阻、摩擦、电动机的结构等。这样异步电动机的实际转速为, 这样只要改变f、p、s、中任一项即可改变电动机的转速。

(2) 变频器的控制方式。

1) 恒转矩调速 (f≤fn=50HZ) , 即U/f控制方式。

当f≤50HZ时, 电动机定子绕组内的感应电动势为:

式中, W为定子绕组的匝数;R W1为绕组系数;Ф1为电动机每极磁通。定子电压U1和定子绕组的感应电动势E1的关系为

式中, Z1为定子绕组每相阻抗;I1为定子绕组相电流。

在频率f下降时, 若U1不变, 则Ф1上升, 要产生铁心的磁通饱和现象, 这时电机将烧毁。为使磁通不饱和, 必须保持Ф1不变, 这样电磁转矩T与成正比, 也不变, 即电动机拖动负载能力不发生改变。

2) 恒功率调速 (f≥fn=50Hz)

当f>50Hz时, U1/f下降, 但U1不能高于电动机的额定电压, 这样f增加, U1不变, 则变小, 电磁转矩T也变小, 但随着f的上升, 电动机的转速n增加。若令角速度为, 则电动机功率为p=Tω。

所以ω上升即f上升时, T下降, 从而功率P不变。这种升频变压调速称为恒功率调速。

(3) ID15H401-E变频器主电路的工作原理。

I D 1 5 H 4 0 1-E变频器是电压型变频器, 采用“交流→直流→交流”的变换形式, 其电路采用二极管整流、S P W M逆变同时调频调压、u/f恒定控制的逆变器。

I D 1 5 H 4 0 1-E变频器采用8.0 k H z P W M频率, 有效地降低电动机的电磁噪声, 所以它是属于低噪声型的变频器。在D X-6 0 0中波发射机上, 它预设速度有1 6种, 最高为6 0 H z, 变频器峰值电流限制在22.0A, 制动电阻采用功耗为800W, 阻值为2 8Ω外置电阻。如图1所示。

1) 交→直变换电路。

交→直变换电路主要包括整流和滤波电路, 其任务是把电源的三相交流电变换成平稳的直流电。

滤波电容C 5 1、C 5 2的功能是:滤除全波整流后的电压纹波, 当负载变化时, 使直流电压保持平稳。为了减小冲击电流, 在变频器刚接通电源后的一段时间里, 电路内串入限流电阻R S, 将电容器C的充电电流限制在允许范围内。如果电阻R S长期接在电路中, 将影响直流电压和变频器输出电压的大小, 并消耗能量, 所以加装了接触器K 1。K 1的功能是:当电容器C充电到一定程度时, 接通K 1, 将限流电阻R S短路。

2) 直→交变换电路。

是由6个IGBT模块 (V1-V6) 构成三相桥式逆变电路, 把整流后的直流电逆变成频率、电压可调的三相交流电压, 从U、V、W端输出。每个I G B T模块旁边都并联一个反向连接的续流二极管。续流二极管V D 1—V D 6的主要功能是: (1) 由于电动机的绕组是感性的, 其电流含有无功分量;V D 1—V D 6使无功电流能返回到直流电源中。 (2) 当频率下降, 电动机处于制动状态时, 再生电流通过V D 1—V D 6整流后返回直流电路。 (3) 为电路的寄生电感在逆变过程中释放能量提供通道。

3) 制动电路。

ID15H401-E变频器的制动单元是由电压取样与比较电路、驱动电路、外置制动电阻、二极管和制动控制管Q 4组成, 其中制动控制管Q 4是制动电路的主体, 用于接通、关断制动电路, 其基本电路如图2所示。

制动电路工作原理:当制动电路检测到直流电压Ud超过规定的电压上限时, 制动控制管Q4导通, 并以Id=Ud/R的放电电流进行放电。而当检测到直流电压Ud达到事先设定的某一电压下限时, 制动控制管Q 4关断, 电容器重新进入充电过程, 从而达到限制直流电压Ud上升过高的目的。

2 变频器在DX发射机中的实际运用

美国哈里斯公司的D X-6 0 0数字调幅中波发射机系统包括有三个D X-2 0 0功放单元和一个带有阻隔电阻的主并机网络。在主并机网络中, 为使机箱散热和冷却1 0 8根阻隔电阻使用了一个冷却系统。这个冷却系统采用一台美国保德公司的ID15H401-E变频器去驱动3台保德风机, 如图3所示。

(1) 线路分析。

发射机正常N-O工作状态时, 阻隔电阻上没有耗散功率, ID15H401-E变频器输出频率为24Hz、电压为191V的电源;去驱动3台风机并保持在低速旋转状态, 使其运转速度为7 2 0转/分。

当发射机在1 2秒钟内检测到有射频电流流过阻隔电阻时, 则发射机控制系统就马上将相应的那个功放单元关机, 同时使并机网络进入N-1方式工作, 此时变频调速器的输出为频率5 4 H z, 风机高速旋转以排出射频电流流过阻隔电阻时所产生的热量。高速旋转几秒钟后, ID15H401-E变频器输出频率为36H z、电压为280V的电压源;去驱动3台风机, 使其运转速度为1080转/分, 从而达到对阻隔电阻降温的目的。一旦阻隔电阻上的电流恢复到正常工作状态时, I D 1 5 H 4 0 1-E变频器又恢复到输出频率为24Hz、电压为191V的电压源;3台风机又保持低速转动, 运转速度为7 2 0转/分。

(2) 线路改进。

由于我单位地处山区, 电源供电波动较大, 从而造成ID15H401-E变频器经常死机, 使得D X-6 0 0数字调幅中波发射机无法正常工作。为了缩短发射机因变频器死机而造成的停播时间, 而对变频器外接线路进行改进;如图4所示。

从图4可知, 只是在图3的线路中增加了一台变频器、两把双掷闸刀K 1、K 2以及自制转接板J 0。通过两把双掷闸刀K 1、K 2切换主、备变频器输入、输出电源线;控制/状态接口端子J 5, 通过自制转接板J0来切换主、备控制/状态接口端子;从而达到主、备变频器手切换的目的。

3 结语

本文是我在日常的维护检修工作中, 通过不断的摸索和学习, 总结分析的一些知识, 还有许多不足之处, 希望同仁多批评、指正。

摘要：变频器产生于20世纪60年代。近年来, 随着计算机技术、现代控制技术不断地发展, 变频调速技术在发达国家已经普及运用各个领域。而在我国变频调速技术的应用, 开始得并不算晚, 迄今已有约30年了;但却在这项技术的全面推广应用方面, 我国是落后的。较大范围的推广, 大约只有10余年, 而且早期主要集中在节能应用领域, 在更广泛领域中的推广工作, 则是近几年才全面展开的。

关键词：变频器,调速原理,运用