Xymark激光編碼系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題分析

鄭曉彤

（鄭州旭飛光電科技有限公司，河南 鄭州 450016）

1 變頻器的應(yīng)用

變頻器主要用于交流電動(dòng)機(jī)（異步電機(jī)或同步電機(jī)）轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是公認(rèn)的交流電動(dòng)機(jī)最理想、最有前途的調(diào)速方案，除了具有卓越的調(diào)速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。自上世紀(jì)80年代被引進(jìn)中國(guó)以來(lái)，變頻器作為節(jié)能應(yīng)用與速度工藝控制中越來(lái)越重要的自動(dòng)化設(shè)備，得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。

2 變頻器的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向

2.1 單元串聯(lián)多電平技術(shù)

單元串聯(lián)多電平形式在諧波、效率和功率因數(shù)等方面存在著優(yōu)勢(shì)，在不要求四象限運(yùn)行時(shí)有著較廣泛的應(yīng)用前景。其中三電平控制具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括：采用三電平拓?fù)淠苡行У亟鉀Q電力電子器件耐壓不高的問(wèn)題，適用于高電壓大功率；三電平拓?fù)鋯蝹€(gè)橋能輸出三種電平(+ud/2、-Ud/2、0)，線(相)電壓有更多的階梯來(lái)模擬正弦波，使輸出波形失真度減少，諧波大大減少；多級(jí)電壓階梯波減少了du/dt，使得對(duì)電機(jī)繞組絕緣沖擊減??；三電平PWM方法把第一組諧波分布帶移至2倍開(kāi)關(guān)頻率的頻帶區(qū)，利用電機(jī)繞組電感能較好地抑制高次諧波對(duì)電機(jī)的影響。采用三電平PWM方法，每個(gè)功率單元的IGBT開(kāi)關(guān)頻率為600Hz，若每相5個(gè)功率單元串聯(lián)時(shí)，等效的輸出相電壓開(kāi)關(guān)頻率為6kHz，可以降低開(kāi)關(guān)損耗，提高變頻器效率，這種變頻器可適用于任何普通的高壓電動(dòng)機(jī)，且不必降額使用。雖然采用這種主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)使器件的數(shù)量增加，但由于驅(qū)動(dòng)功率下降，開(kāi)關(guān)頻率較低且不必采用均壓電路，使系統(tǒng)在效率方面仍有較大的優(yōu)勢(shì)，一般可達(dá)97%。并且，由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，所有功率單元可以互換，維修也比較方便；三電平拓?fù)淠墚a(chǎn)生3X3X3=27種空間電壓矢量，可以帶來(lái)諧波消除算法的自由度，可以得到很好的輸出波形。

2.2 功率母線技術(shù)

在電力電子技術(shù)及應(yīng)用裝置向高頻化發(fā)展的今天，系統(tǒng)中特別是連接線的寄生參數(shù)產(chǎn)生巨大的電應(yīng)力，己成為威脅電力電子裝置可靠性的重要因素。從直流儲(chǔ)能電容至逆變器的器件之間的直流母線上的寄生電感在通常的硬開(kāi)關(guān)逆變器中，由于瞬時(shí)切換時(shí)的過(guò)電壓，會(huì)使器件過(guò)熱，甚至有時(shí)使逆變器失控并超過(guò)器件的額定安全工作區(qū)而損壞，限制了開(kāi)關(guān)工作頻率的提高。功率母線按其結(jié)構(gòu)包括：電纜絞線是最常用的傳統(tǒng)功率母線，價(jià)廉簡(jiǎn)易，但在IGBT逆變器中，由于電纜線的自感大，與圓截面導(dǎo)線相比，扁平母線的自感只有圓導(dǎo)線的1/3--1/2，而所占的體積只有它的1/10--1/2；印刷電路板母線主要用于小電流逆變器，但當(dāng)母線直流電流達(dá)到150A時(shí)，要求電路板的復(fù)銅層很厚，造價(jià)太高，另外用來(lái)連接多層導(dǎo)線板的穿孔不但占據(jù)較大的空間，而且會(huì)影響整機(jī)的可靠性；裸銅板母線(平面并行母線)是一種工業(yè)上廣泛應(yīng)用的IGBT模塊饋電系統(tǒng)的傳統(tǒng)母線形式，其缺點(diǎn)是并行母線的互感較大；支架式母線如果將正直流母線銅板放置在負(fù)直流母線板上方，中間用一層薄絕緣材料隔開(kāi)的方法來(lái)制作母線，由于磁場(chǎng)的相互抵消，可以最大限度地降低互感，但其工藝復(fù)雜，不宜規(guī)?；a(chǎn)。

基于上述幾種功率母線都存在著不同的缺點(diǎn)，為此開(kāi)發(fā)出了迭層功率母線。迭層功率母線是基于電磁場(chǎng)理論，把連線做成扁平截面，在同樣的截面下，做得越薄越寬，它的寄生電感越小，相鄰導(dǎo)線內(nèi)流過(guò)相反的電流，其磁場(chǎng)抵消，也可使寄生電感減小。迭層功率母線是以又薄又寬的銅排形式迭放在一起，各層之間用很薄的高絕緣強(qiáng)度的材料熱壓成一體，整個(gè)母線極之間的距離均勻一致，以減少互感，各層銅排都在所需要的端子位置處同其他層可靠絕緣地引出，使所具有不同電位的端子表露在同一平面上，以便于把主電路中的所有器件與之相連。這種整體的迭層功率母線結(jié)構(gòu)，可承受數(shù)百千克的切應(yīng)力，其導(dǎo)電極之間可承受數(shù)千伏的電壓。使用迭層功率母線將IGBT和整流管等模塊、散熱器、電容器及柵極驅(qū)動(dòng)電路組合在一起，迭層功率母線與器件之間的連接是用不同的端子和插接件等來(lái)完成的，使相連接的接觸表面與母線之間的接觸電阻非常小，也使得寄生電感成數(shù)量級(jí)地減小，從而使Ldi/dt的過(guò)電壓應(yīng)力降至最低，保證電力電子裝置工作在最佳狀態(tài)。

2.3 微機(jī)控制和人工智能技術(shù)

采用微機(jī)控制技術(shù)可以對(duì)變頻器進(jìn)行控制和保護(hù)。在控制方面：計(jì)算確定開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)刻，使逆變器按調(diào)制策略輸出要求的電壓；通過(guò)不同的編碼實(shí)現(xiàn)多種傳動(dòng)調(diào)速功能。如各種頻率的設(shè)定和執(zhí)行、啟動(dòng)、運(yùn)行方式選擇、轉(zhuǎn)矩控制設(shè)定與運(yùn)行、加減速設(shè)計(jì)與運(yùn)行、制動(dòng)方式設(shè)定和執(zhí)行等；通過(guò)接口電路、外部傳感器、微機(jī)構(gòu)成調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)。在保護(hù)方面，在外部傳感器及工/0電路配合下，構(gòu)成完善的檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，可完成多種自診斷保護(hù)方案。保護(hù)功能包括：主電路、控制電路的欠壓、過(guò)電壓保護(hù)；輸出電流的欠電流、過(guò)電流保護(hù)；電動(dòng)機(jī)或逆變器的過(guò)載保護(hù)；制動(dòng)電阻的過(guò)熱保護(hù)；失速保護(hù)。

采用人工智能技術(shù)對(duì)變頻器進(jìn)行故障診斷，構(gòu)成故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)由監(jiān)控、檢測(cè)、知識(shí)庫(kù) (故障模式知識(shí)庫(kù)或故障診斷專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù))、推理機(jī)構(gòu)、人機(jī)對(duì)話接口和數(shù)據(jù)庫(kù)組成，不僅在故障發(fā)生后能準(zhǔn)確指出故障性質(zhì)、部位，且在故障發(fā)生前也能預(yù)測(cè)發(fā)生故障的可能性。在變頻器啟動(dòng)前對(duì)診斷系統(tǒng)本身及變頻器主電路(包括電源)、控制系統(tǒng)等進(jìn)行一次診斷清查隱患。若發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象則調(diào)用知識(shí)庫(kù)推理、判斷故障原因并顯示不能開(kāi)機(jī)，如無(wú)故障則顯示可以開(kāi)機(jī)。開(kāi)機(jī)后，實(shí)時(shí)檢測(cè)診斷。工作時(shí)對(duì)各檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行循環(huán)查詢，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并不斷刷新。若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)越限，則認(rèn)為可能發(fā)生故障，立即定向追蹤。若幾次檢查結(jié)果相同，說(shuō)明確實(shí)出了故障，于是調(diào)用知識(shí)庫(kù)進(jìn)行分析推理，確定是何種故障及其部位，顯示出來(lái)，嚴(yán)重時(shí)則發(fā)出停機(jī)指令。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外一些公司都在研制新型“無(wú)電網(wǎng)污染”的高壓變頻器。據(jù)報(bào)道，這類變頻裝置具有高功率因數(shù)、高效率、無(wú)諧波污染、無(wú)需專用電機(jī)等優(yōu)點(diǎn)，采用了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)：在變頻器的逆變器直流側(cè)通過(guò)曲折變壓器移相實(shí)現(xiàn)30"脈波整流，使裝置的諧波抑制能力大大加強(qiáng)，使電網(wǎng)側(cè)電壓與電流之間幾乎無(wú)相移，因此功率因數(shù)可以接近于1；將全數(shù)字化光纖控制技術(shù)應(yīng)用于變頻器，使其控制柔性和可靠性大大提高；功率單元標(biāo)準(zhǔn)模塊化、IGBT驅(qū)動(dòng)電路智能化。

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