導(dǎo)語：變頻器發(fā)展論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

一、矩陣變頻器的出現(xiàn)

多年來，電氣傳動(dòng)專家一直都在討論關(guān)于“矩陣變換”技術(shù)的變頻器將會(huì)是下一代變頻器。幾個(gè)主要的傳動(dòng)供應(yīng)商包括羅克韋爾、西門子等都在研究該項(xiàng)技術(shù)。輿論一直認(rèn)為：盡管矩陣變頻器具有非常誘人的前景，但是由于成本太高而無法在目前進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用。

從原理上講，矩陣變頻器使用了一組電力半導(dǎo)體開關(guān)，按照預(yù)定的數(shù)學(xué)算法控制開關(guān)順序，并直接連接到三相電機(jī)上。在安川矩陣變頻器中有9個(gè)開關(guān)，每一個(gè)都有2個(gè)IGBT組成雙向開關(guān)，能允許正向電壓和負(fù)向電壓通到電機(jī)上。IGBT數(shù)量的增加是導(dǎo)致矩陣變頻器造價(jià)昂貴的其中一個(gè)因素。

矩陣變頻器使用了三相電壓輸入來控制輸出電壓，這就不僅能吸收任何電流雜波，也能提供一個(gè)清潔的輸出電壓，也就是說“可以有效地進(jìn)行輸入電源電流控制與輸出電壓控制”。這也是矩陣變頻器吸引人們的一個(gè)重要點(diǎn)：能大大降低輸入電流諧波的產(chǎn)生，只有大約傳統(tǒng)交-直-交變頻器的20%以下。而且矩陣變頻器的電流幾乎是正弦波，即使在帶載情況下，也是如此。當(dāng)有再生發(fā)電時(shí)，電流能以180°轉(zhuǎn)換并反饋到電網(wǎng)中，而且也是以正弦波方式。在再生制動(dòng)方式的工作中，矩陣變頻器不需要制動(dòng)電阻或特殊的變換器。反饋回的電亦無需額外的設(shè)備(如變壓器等)進(jìn)行處理?？傊瑐鲃?dòng)能在四象限高效率地運(yùn)行。

另外，一個(gè)吸引點(diǎn)就是矩陣變頻器去掉了直流電容，作為有一定壽命地鋁電解電容，交—直—交變頻器就必須在一定年限更換電容，如5~8年，矩陣變頻器就能長(zhǎng)時(shí)間可靠工作。

在安川的計(jì)劃中，矩陣變頻器將逐步覆蓋400V的5.5~22kW，直至75kW，當(dāng)然也有200V級(jí)的5.5~45kW變頻器。至于價(jià)格策略目前尚未公布，但基本上為目前通功率段傳統(tǒng)變頻器的2倍左右。

二、以網(wǎng)絡(luò)配置為主的系統(tǒng)化

變頻器的網(wǎng)絡(luò)化配置主要基于三個(gè)層面：設(shè)備層、控制層和信息層。其中變頻器做為執(zhí)行器，可以配接最基本的RS232/RS485串行通訊協(xié)議、Profibus等的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議以及Internet局域網(wǎng)協(xié)議。針對(duì)不同的控制系統(tǒng)和不同的用戶要求，配置和選用不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

網(wǎng)絡(luò)化配置的變頻器具有以下顯著的特點(diǎn)：

(1)高精度的頻率設(shè)定；

(2)遠(yuǎn)程控制與工廠信息化的基本要素；

(3)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)。

通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)定頻率是一種高精度的頻率設(shè)定，其具有通訊速率高，穩(wěn)定可靠，接線簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，而且在模擬量控制時(shí)，輸出端經(jīng)過一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過導(dǎo)線，進(jìn)入輸入端(變頻器)又經(jīng)過一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器才能參與控制。兩個(gè)轉(zhuǎn)換器位數(shù)不同和導(dǎo)線損耗都可能造成一定誤差，而通訊傳遞直接是數(shù)字量，不需要轉(zhuǎn)換，沒有誤差，在傳輸過程中不會(huì)造成損耗，而且響應(yīng)速度率也會(huì)很高。

變頻器經(jīng)常被用于系統(tǒng)復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣、高負(fù)荷、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的工況中，如無人值守泵站、油田磕頭機(jī)等。變頻器故障率在這種環(huán)境中自然，比較高，一般都采取事后維修的方式進(jìn)行，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的維修方式將變?yōu)楣收项A(yù)報(bào)和整機(jī)在線維修。有必要對(duì)其實(shí)現(xiàn)在線工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)以及常規(guī)故障機(jī)理的綜合分析研究，以便對(duì)其故障的事先診斷分析。目前大功率變頻器的故障診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及智能控制方面取得了較大進(jìn)展，并已經(jīng)投入實(shí)際運(yùn)行。請(qǐng)登陸：輸配電設(shè)備網(wǎng)瀏覽更多信息

在網(wǎng)絡(luò)化日益普及的今天，與普通的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)硬線連接方式而言，通過高速通訊連接的變頻器系統(tǒng)可以最大程度上降低系統(tǒng)維護(hù)時(shí)間、提高生產(chǎn)效率、減少運(yùn)行成本。目前安裝的現(xiàn)場(chǎng)總線模塊有ProfibusDP、Interbus、DeviceNet、CANOpen和ModbusPlus等。用戶可以有更大的自由根據(jù)生產(chǎn)過程來選擇PLC型號(hào)和品牌，并非常簡(jiǎn)單地集成到現(xiàn)有地網(wǎng)絡(luò)中去。而且通過現(xiàn)場(chǎng)總線模塊，可以不考慮變頻器的型號(hào)，而以同一種語言來與不同功率段、不同型號(hào)地變頻器進(jìn)行組構(gòu)，如功率、速度、轉(zhuǎn)矩、電流、設(shè)定值等。

由于采用了通訊方式，可以通過PC機(jī)來方便地進(jìn)行組態(tài)和系統(tǒng)維護(hù)，包括上傳、下載、復(fù)制、監(jiān)控、參數(shù)讀寫等。

以SEWMOVIDRIVE變頻器為例，它可以如圖2組成WAGO-I/O系統(tǒng)，利用后者地現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行通訊互聯(lián)。這種連接方式能通過WAGO的可編程總線控制器PFC實(shí)現(xiàn)變頻器到網(wǎng)絡(luò)控制主機(jī)之間的輸入數(shù)據(jù)過程、輸出數(shù)據(jù)過程的交換。而且，總線互聯(lián)方式可以通過WAGO公司專用的軟件功能塊(SEW.LIB)方便地進(jìn)行變頻器參數(shù)的讀齲該方式能在最大程度上降低變頻器系統(tǒng)的構(gòu)建成本。

三、同步電機(jī)的配合應(yīng)用

交流同步電動(dòng)機(jī)已成為交流可調(diào)速傳動(dòng)中的一顆新星，特別是永磁同步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)是無刷結(jié)構(gòu)，功率因數(shù)高、效率也高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速嚴(yán)格與電源頻率保持同步。同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)有他控變頻和自控變頻兩大類，自控變頻同步電機(jī)在原理上和直流電機(jī)極為相似，用電力電子變流器取代了直流電機(jī)的機(jī)械換向器，如采用交-直-交變壓變頻器時(shí)叫做“直流無換向器電機(jī)”或稱“無刷直流電動(dòng)機(jī)”。傳統(tǒng)的自控變頻同步機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有轉(zhuǎn)子位置傳感器，現(xiàn)正開發(fā)無轉(zhuǎn)子位置傳感器的系統(tǒng)，且已經(jīng)取得重大進(jìn)步和在市場(chǎng)的成功應(yīng)用。同步電機(jī)的他控變頻方式也可采用矢量控制，其按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制比異步電機(jī)簡(jiǎn)單。

采用同步電機(jī)的最有效特點(diǎn)：

(1)大大降低電機(jī)尺寸；

(2)高效率的轉(zhuǎn)矩輸出；

(3)無編碼器運(yùn)行。

目前大多數(shù)的紙機(jī)需要安裝速度編碼器來反饋電機(jī)轉(zhuǎn)速，而且編碼器也被證明是可靠的。但是安裝的編碼器由于是采用軸承需要常規(guī)定期性的維護(hù)保養(yǎng)和潤(rùn)滑，在一個(gè)大型的紙機(jī)(如50個(gè)傳動(dòng))上每隔一定的周期還必須更換所有的編碼器以防止意外的由編碼器故障引起的紙機(jī)停機(jī)。從這個(gè)層面上來說，無編碼器的運(yùn)行自然是同步電機(jī)直接傳動(dòng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)和著眼點(diǎn)。

電機(jī)的實(shí)際速度是需要同時(shí)反饋和監(jiān)測(cè)的，一個(gè)計(jì)算電機(jī)速度的新方法已經(jīng)在ACSDTC得到發(fā)展和應(yīng)用。為ABB造紙部門對(duì)直接傳動(dòng)的37kW永磁電機(jī)進(jìn)行測(cè)試得出的波形曲線。上面的2條曲線是表示經(jīng)速度編碼器測(cè)量的數(shù)據(jù)和通過變頻器計(jì)算出來的數(shù)據(jù)。從圖中可以看出兩條曲線幾乎是一致的，即使在動(dòng)態(tài)擾動(dòng)中也是少有偏差。第3條曲線是表示電機(jī)由于突加負(fù)載產(chǎn)生的電機(jī)轉(zhuǎn)矩，該負(fù)載的變化大概是正常負(fù)載的1/3，以表示在電機(jī)在正常運(yùn)行下突然有一個(gè)大的變化。將ABB傳統(tǒng)的交流傳動(dòng)紙機(jī)改造成一個(gè)直接傳動(dòng)的紙機(jī)系統(tǒng)是非常簡(jiǎn)單的，紙廠需要購(gòu)買新的直接傳動(dòng)部分的電機(jī)，同時(shí)將ABB的常規(guī)變頻器ACS600通過下載PM-DTC軟件來升級(jí)，而且新的直接傳動(dòng)的系統(tǒng)可以與現(xiàn)

有的交流或直流傳動(dòng)同時(shí)正常運(yùn)行。總而言之，用戶將從直接傳動(dòng)中獲益。

參考文獻(xiàn)：

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[摘要]隨著變頻控制理論和制造工藝的進(jìn)一步發(fā)展，變頻器的應(yīng)用和發(fā)展將會(huì)朝著以下方向發(fā)展：矩陣變頻器的出現(xiàn)和推廣；網(wǎng)絡(luò)化配置的變頻器將成為主流；同步電動(dòng)機(jī)的變頻應(yīng)用將得到更為迅猛的發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]矩陣變頻器網(wǎng)絡(luò)化配置變頻器同步電機(jī)