延安西门子阀门定位器代理商 延安西门子阀门定位器代理商
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SIEMENS 西门子阀门定位器技术参数

1 变频器谐波的危害
众所周知,无论是VVVF控制、矢量控制或直接转矩控制的低压变频器输入侧均为整流回路,具有非线性特性,所产生的高次谐波使输入电源的电流波形、电压波形发生畸变;变频器输出侧为一系列矩形波组成的脉宽调制的接近于三相正弦波形的交流电,输出电压和电流波形中均含有高次谐波。在交流电动机的变频调速工况下,不仅变频器内部的电力电子器件产生热损耗和风扇运行消耗电能,而且变频器输出侧产生的谐波电流与谐波磁势均能够使电动机产生脉动旋转磁场而降低输出转矩,在电力电缆和电动机的定、转子中产生铜损、铁损及杂散损耗,导致电动机的运行效率下降、电动机发热、电力电缆发热和增加线路损耗。尤其是低压大、中容量电动机的变频调速,上述谐波的影响将更为显著,严重时将使电动机和电力电缆的使用寿命明显缩短。
变频器的运行效率仅见少数使用说明书上有所标示,例如艾默生变频器说明书注明的运行效率为:45 kW及以下功率段的通用变频器≥93%;55 kW及以上功率段的通用变频器≥95%。通常,在变频器上端都安装有1至3个冷却风扇,以便将内部电力电子器件散发的热量及时排出。在大功率的变频电控柜上,还应当考虑安装柜内出风口冷却风扇。在变频器输出电力电缆超过80m或电动机功率较大以及电源电压波形畸变严重或电源变压器容量较大时,变频器还需要配置输入、输出和直流电抗器,不仅增加电力线路的电压降(输入电抗器压降4.4V左右;输出电抗器压降9V左右),使电动机输出转矩降低,而且也是变频电控柜内不可忽视的热源。同时,变频器的故障率也将随之环境温度升高而成指数上升,环境温度每升高10℃变频器使用寿命减半。
2 变频调速与工频电力传动的比较
资料表明,变频调速与工频电力传动比较,由于谐波的存在,电动机的总损耗将增加约30%,电流约增加10%,温升约提高20%。电动机在低于额定转速的变频工况运行状态下,由于自冷风扇转速的降低,冷却风量降低使冷却效果下降,因此电动机的过热现象将更加严重。同时,由于谐波的影响,电动机绕组上的电压分布也变得很不均匀,再加上变频矩形波的电压变化率很高,极易发生绕组匝间短路事故。另外,谐波产生的噪音对电动机绕组的绝缘也是一种破坏作用。随着变频器的大量投入运行,由于谐波污染日益加重,不仅严重地影响电能质量,降低电能传输和利用效率,而且电动机和供电变压器的发热情况也日渐明显暴露,甚至在额定电流下运行时也能够超过容许温升,危及电气设备运行的安全可靠性。
变频器在选择输出电力电缆时,如果按工频电源供电条件选择规定截面积的电力电缆,由于电缆内含有谐波电流分量,则产生附加铜损和杂散损耗使其发热量明显增加;若选择大一档横截面积的电力电缆时,则电缆对地电容增大使其对地漏电流增大,截面积每增加一档,变频器输出电流应降低5%的额度使用。
3 变频器谐波的量化、污染与治理
上述谐波的影响,对于200 kW及以下功率段的的变频调速传动系统来说,虽然还不够十分明显,但是对于220 kW及以上功率段的变频器来说,其影响决不可低估。例如日本三菱公司的A240系列变频器,在额定电压400V时:额定功率220 kW时,基波电流35;额定功率250 kW时,基波电流403A;额定功率280 kW时,基波电流450A。可见谐波电流所占份额之大,必然通过变频器输入侧电源线、输出侧电缆线和接地线向空间辐射与沿线路干扰接在同一电源的电气设备。特别是空间辐射对临近的通讯设备、计算机监测控制系统与信号线均产生不同程度的影响,严重时将使受干扰的设备不能工作。
目前,虽然有源或无源滤波器能够补偿高压或低压变频器产生的谐波电流,并且已经有通用系列化的小功率产品进入市场,但是毕竟是只能治标而不能治本,况且滤波器本身也要消耗一定的电能,同时还引发一些新的问题。问其根本的原因,均为滤波器和变频器内的逆变器高速开关动作时,产生的电压或电流的急剧变化引起的负效应所致。
如何防止高压变频器对电磁的干扰?在高压变频器中,为解决单元串联多电平高压变频器中主控系统与功率单元之间存在的强弱电隔离,及功率单元与功率单元之间的电磁干扰问题,提出了采用光纤连接方法实现功率驱动PWM信号的远距离传送。
在冶金、化工、电力、市政供水和采矿等行业广泛应用的泵类负载,占整个用电设备能耗的40%左右,电费在自来水厂甚至占制水成本的50%。这是因为:一方面,设备在设计时,通常都留有一定的余量;另一方面,由于工况的变化,需要泵机输出不同的流量。
随着市场经济的发展和自动化,智能化程度的提高,采用高压变频器对泵类负载进行速度控制,不但对改进工艺、提高产品质量有好处,又是节能和设备经济运行的要求,是可持续发展的必然趋势。对泵类负载进行调速控制的好处甚多。从应用实例看,大多已取得了较好的效果(有的节能高达30%-40%),大幅度降低了自来水厂的制水成本,提高了自动化程度,且有利于泵机和管网的降压运行,减少了渗漏、爆管,可延长设备使用寿命。
单元串联多电平PWM电压源型变频器,采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出,该变频器对电网谐波污染小,谐波输入电流很低,输入功率因数高,不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置。如以6kV的输出电压等级为例,电网电压经过二次侧多重化的隔离变压器降压后向功率单元供电,功率单元为三相输入、单相输出的交一直一交PWM电源型逆变器结构。将相邻功率单元的输出端串接起来,形成Y联结构,实现变压变频的高压直接输出,供给高压电动机。
在高压变频系统中,在控制单元柜部分的信号主要是弱电,但整个系统工作环境较为恶劣、传输距离不确定(较远),存在各种高压电信号。如果采用纯粹的铜线进行传输,则需要面临各种干扰、升压、降压、损耗大、易腐蚀等问题,从而导致可靠性低、实用性低、资源浪费等结果。
工业光纤通过将电信号转变为光信号的这个方式,解决了采用铜线传输中的变压、损耗、干扰等问题,其主要应用在控制柜和变频功率单元柜的的通信。