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福禄克测量力证:使用低成本驱动器未必经济

福禄克测量力证:使用低成本驱动器未必经济

  • 内容摘要:平安彩票如果需要更换老式的机电式电机启动器,低马力可调速驱动器可谓不错的选择。毕竟,与电机启动器相比,驱动器具有诸多优势,比如不会产生浪涌电流和开关瞬态电流, 位移功率因数

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详细描述

如果需要更换老式的机电式电机启动器,低马力可调速驱动器可谓不错的选择。毕竟,与电机启动器相比,驱动器具有诸多优势,比如不会产生浪涌电流和开关瞬态电流, 位移功率因数高等等,而且价格不贵。实际上,我们可以预测将来有一天固态驱动器会替代许多(即使不是绝大部分)机械式启动器,就像可编程逻辑控制器取代机械式继电器一样。

但是需要注意的是,小马力驱动器,尤其低成本产品存在一定的成本和故障风险。

随着发展,驱动器的尺寸越来越小,而且设计功率却越来越大,现在它的大小已经与机械式启动器不相上下。

散热问题一直是降低驱动器设计尺寸的主要障碍,驱动器要首先将正弦信号转换成直流信号,然后将直流信号储存在电容器组内(即电路的直流部分),接着逆变器将直流信号转换成脉宽调制信号――即变成合成交流信号。 热量主要在这一过程产生,但是新型驱动器一般采用一种名为绝缘门式双极晶体管(IGBT)的半导体器件完成该转换过程。现在IGBT的载流能力越来越大,并且其开关速度也越来越快(100-200 左右),开关速度越快,效率越高(理想的开关开启不需要时间, 为什么呢?原因是如果不考虑非常小的半导体压降的话,开关处于开或关状态时将不会消耗能量。)开关只有在从关到开或从开倒关的转换过程中才会消耗能量即产生热量。开关速度越快,产生的热量越少,效率就越高,从而降低了散热装置和风扇的尺寸,进而降低了驱动器的尺寸。
福禄克示波器运用

一、优点

除了节能外,驱动器在促进配电系统的稳定性和稳健性方面还有其他诸多好处。

1、驱动器没有浪涌电流,通常限定为额定电流的110。电机启动时浪涌电流过大会导致电机误动作,还能导致电压陡降,从而干扰其他负载。而驱动器则采用"软启动"方式,使电机在20-30秒的时间内逐步加速到既定速度。

2、由于驱动器具有较高的位移功率因数,因而不需要使用功率因数矫正电容器。

3、驱动器会隔离电机关闭时引起的开关瞬态电流(尖波),通常它会在20-30秒的时间内逐渐地使电机转速降下来,当电机最终关闭时,其转速和电流已经变得非常低,即使产生较小的尖波也会很容易地被驱动器自身的直流回路部分吸收。

4、驱动器具有可变成电机控制、保护甚至通信功能,远超过机械式启动器所提供的接触器、动作单元和辅助触点。例如,驱动器可通过变成改变电机转向,因而不需要再另外使用接触器。

5、在单相系统中,驱动器运行将单相电机换成更加耐用达到三相电气,因为可调速驱动器(VSD)能够将接收的单相电压在负载(电机)侧变成三相电压信号输出。换句话说,它能够将单相电压变成三相电压。 但是,驱动器对于配电系统而后电机本身既有正面影响,也有负面影响。 谐波和电机-驱动器之间的兼容性等问题对于小型和大型驱动器而言基本一样,所不同的是小型驱动器与大型、较昂贵的驱动器相比不太为人们所注意,VSD越大,谐波越多,例如,对于250马力的驱动器,人们通常都会注意通过工程手段降低谐波,而对于5马力的驱动器却不太注意。尽管从经济和对操作的影响方面来讲这样做无可厚非,但是有时候我们也需要仔细地分析小马力驱动器。


二、缺点

在单相系统内,驱动器会产生3次或者5次谐波。而在采用四线制(三相线加中性线)的商用建筑内,驱动器会导致共用中性线内的3次谐波电流增加,因而中性线电缆的尺寸要比馈电电缆大一倍. 因而,由于小型驱动器对于总谐波负载会产生影响,线路测量时应该使用真有效值仪表以提高测量的准确性,尤其在进行电流测量时。当谐波存在时,平均值响应电流表的读数要降低40%之多。

在三相系统内,驱动器产生的谐波主要是5次谐波,而5次谐波属于负序谐波:它会生成反向转矩使电机反向转动。虽然5次谐波不会影响驱动器自身的 电机或者其他采用驱动器控制的电机,但是它会影响直接启动的机械式启动器。

尽管在大得多的基频电流的作用下电机仍然会正向转动,但是在5次谐波的作用下电机会发热,从而最终导致转子绝缘发生损坏。如果驱动器与直接启动式电机(例如在电机控制中心内)共用一条母线,则可能会损坏电机。请注意,5次谐波对于上游配电系统几乎不会产生影响(即在上游不会引起电压畸变,因为此时谐波电流与总电流比较大小可以忽略。但是,由于在本地电源阻抗最大,因而多个低马力驱动器集合起来足以导致本地公共连接点(PCC)产生电压畸变,从而影响共同使用该PCC的电机负载。
三相VSD的非线性电流会导致电源系统内掺入谐波
三相VSD的非线性电流会导致电源系统内掺入谐波

抵御谐波的第一道防线应该在驱动器本身。许多驱动器的直流回路内都带有电抗器线圈,又叫直流回路电感器,该线圈的作用是降低驱动器电源侧的电流畸变,它还能防止驱动器出现瞬态过电压(主要是电容器开关瞬态电压),从而防止直流回路因过电压导致直流过电压跳闸故障。

在一些低成本的驱动器内,为了削减成本,厂家取消了电抗器线圈,使得驱动器变成了"谐波发生器",当它与直接连接式电机安装在同一条母线上时问题尤其严重。此时可以通过安装输入线电抗器或隔离变压器来解决这个问题。

可是,即使购买带有电感器的驱动器也不能保证不会发生问题。当很多驱动器安装于同一条母线上时,它们会共同产生足够的谐波失真从而触发问题的产生。此时,如果像大功率驱动器那样安装无源滤波器来过滤5次和7次谐波可能不会奏效,原因是小的负载的动态性非常强,即负载处于不断变化的状态,单靠一个无源滤波器不会起到的减弱作用。这时候可以使用有源滤波器来跟踪谐波电流,并且生成相同谐波和振幅的异相对抗电流来抵销原来的谐波。有源滤波器对于谐波电流不断变化的动态负载尤其有效。


三、电机兼容性

VSD还存在电机兼容性问题,尤其在老式电机上使用时。IGBT的高速开关和电缆长度较长时会引起过电压反射(又被称为驻波电压或峰峰或电晕电压),此时电压峰值是直流回路电压的两到三倍。许多驱动器厂家会规定电缆的长度不得超过100英尺,但是有时候100英尺也太长,从而击穿电机头几个绕组的绝缘,使转子绝缘过早地损坏。这种现象在PWM输出的大、小功率驱动器比较常见。但是低成本、低马力的电机尤为脆弱,因为为了降低生产成本,它们的转子绕组的绕制具有随意性,使它们易于收到过电压反射的破坏。曾经有一段时间采用低通滤波器――通常置于驱动器的输出端――来解决这个问题,但是,近年来,为了防止过电压反射,变频器专用电机的设计耐压等级达到1500 V(关于变频器电机的相关规定请参考《NEMA MG-1, Section IV, Part 31》标准),许多驱动器厂商现在要求此类电机使用它们自己生产的驱动器。

如果您遇到VSD谐波方面的问题,首先需要测量配电系统的关键点,以确定谐波的大小。 利用手持式电力质量分析仪可以很容易地测量波形的谐波失真和各谐波的大小,过电压波形可通过示波器或部分具有示波器公牛队电力质量分析仪进行观察。


总结:

作为机电启动器的替代品,小马力交流驱动器的使用日益普及。与大马力驱动器一样,它们具有传统技术所不具有的优势。但是,它们也存在与大型驱动器系统的应用和测量问题,例如谐波和过电压反射。

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