電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計論文

1、. . . . 摘要變頻器是交流電氣傳動系統(tǒng)的一種，是將交流工頻電源轉(zhuǎn)換成電壓，頻率均可變的適合交流電機(jī)調(diào)速的電力電子變頻裝置，英文簡稱VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）。思路是先控制變頻器，再用變頻器對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。介紹了基于S72-200PLC的電機(jī)變頻調(diào)速試驗系統(tǒng)的組成、控制方案與信號處理方法,設(shè)計了硬件電路、相關(guān)梯形圖程序與觸摸屏顯示程序。調(diào)試應(yīng)用表明,該系統(tǒng)簡單、實用。通過該綜合設(shè)計型試驗或課程設(shè)計的實踐、鍛煉,可使學(xué)生進(jìn)一步掌握 PLC和變頻調(diào)速控制系統(tǒng)原理與應(yīng)用 ,熟使用觸摸屏 ,為將來進(jìn)行相關(guān)設(shè)計工作打下基礎(chǔ)。對其他相關(guān)課題也具有

2、很好的借鑒作用和參考價值。關(guān)鍵詞：異步電機(jī);變頻器;調(diào)速 AbstractThe inerter is a power electronic conversion device of AC electric transmission system, which converts AC power-frequency voltage and frequency to be fit for AC motor speed control ,and is called VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) .The design is based on t

3、he controls the inverter, and then the inverter control the speed of the motor.Based on S72 200 PLC, the variable frequency s peed2 adjusting experi ment system is intr oduced withthe constituti on and contr olling scheme and signal2 dis posalmethods of this system, and the hardware circuit, related

4、trapezoid chart and dis p laying p rogram of t ouch screen is designed aswell . The debugging results show that the systemis si mp le and p ractical . Students can better master the rrinci p le and the app licati on of PLC and variable frequencys peed2 adjusting system thr ough the p ractice and exe

5、rcise of general designing experi ment or curriculum design . Fur2thermore, they can also use the t ouch screen skillfully, which will lay a good foundati on for their future design work inthis filed . The paper p r oves t o be of high value for reference in the other related research .Key words: in

6、duction motor;inverter;Speed control,PLC目 錄摘要IAbstractII1 緒 論11.1 概述11.2 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展11.2.1 電力電子器件的發(fā)展11.2.2 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展意義42 異步電動機(jī)的基本原理與調(diào)速方法92.1 異步電動機(jī)概述92.1.1 異步電動機(jī)基本結(jié)構(gòu)92.1.2異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理102.1.3 異步電動機(jī)電路的等效變換112.1.4 異步電機(jī)變頻調(diào)速原理152.1.5 變頻調(diào)速的控制方式與選定173 變頻器主電路設(shè)計183.1 整 流 電 路183.1.1 不可控整流電路183.2 中 間 電 路203.3 逆 變 電

7、 路203.3.1 逆變電路的工作原理213.3.2 電壓型和電流型逆變電路213.3.3 三相橋式逆變電路224 變頻參數(shù)與選擇234.1 功能與參數(shù)234.1.1 頻率的給定功能234.1.2 頻率給定244.1.3 頻率控制功能244.1.4 啟動、升速、降速、制動功能254.1.5 PID調(diào)節(jié)功能275 PLC控制電機(jī)變頻調(diào)速試驗系統(tǒng)295 . 1PLC控制電機(jī)變頻調(diào)速試驗系統(tǒng)構(gòu)成295.1.1 電機(jī)變頻調(diào)速控制試驗系統(tǒng)要求295.1.2 電機(jī)變頻調(diào)速試驗系統(tǒng)控制方案315.2.1 I/O點數(shù)統(tǒng)計與 I/O接線圖315.2.2 數(shù)據(jù)分析與信號轉(zhuǎn)換325.3.1 控制程序流程圖335.3

8、.2 部分子程序34參考文獻(xiàn)36結(jié)語37致38- 39 - / 431 緒 論 1.1 概述 隨著電力電子、計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，交流調(diào)速取代直流調(diào)速已成為發(fā)展趨勢。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和啟、制動性能被國外公認(rèn)為是最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。變頻技術(shù)是交流調(diào)速的核心技術(shù)，電力電子和計算機(jī)技術(shù)又是變頻技術(shù)的核心，而電力電子器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)。電力電子技術(shù)是近幾年迅速發(fā)展的一種高新技術(shù)，廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化、電機(jī)傳動、航空航天等領(lǐng)域，現(xiàn)已成為各國競相發(fā)展的一種高新技術(shù)。專家預(yù)言，在21世紀(jì)高度發(fā)展的自動控制領(lǐng)域，計算機(jī)技術(shù)與電力電子技術(shù)是兩項最重要的技術(shù)。 1.2 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展1.2.1

9、 電力電子器件的發(fā)展 上世紀(jì)50年代末晶閘管在美國問世，標(biāo)志著電力電子技術(shù)就此誕生。第一代電力電子器件主要是可控硅整流器(SCR)，我國70年代將其列為節(jié)能技術(shù)在全國推廣。然而，SCR畢竟是一種只能控制其導(dǎo)通而不能控制關(guān)斷的半控型開關(guān)器件，在交流傳動和變頻電源的應(yīng)用中受到限制。70年代以后陸續(xù)發(fā)明的功率晶體管(GTR)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、功率MOS場效應(yīng)管(Power MOSFET)、絕緣柵晶體管(IGBT)、靜電感應(yīng)晶體管(SIT)和靜電感應(yīng)晶閘管(SITH)等，它們的共同特點是既控制其導(dǎo)通，又能控制其關(guān)斷，是全控型開關(guān)器件，由于不需要換流電路，故體積、重量較之SCR有大幅度下降。

10、當(dāng)前，IGBT以其優(yōu)異的特性已成為主流器件，容量大的GTO也有一定地位。 許多國家都在努力開發(fā)大容量器件，國外已生產(chǎn)6000V的IGBT。IEGT(injection enhanced gate thyristor)是一種將IGBT和GTO的優(yōu)點結(jié)合起來的新型器件，已有1000A/4500V的樣品問世。IGCT(integrated gate eommutated thyristor)在GTO基礎(chǔ)上采用緩沖層和透明發(fā)射極，它開通時相當(dāng)于晶閘管，關(guān)斷時相當(dāng)于晶體管，從而有效地協(xié)調(diào)了通態(tài)電壓和阻斷電壓的矛盾，工作頻率可達(dá)幾千赫茲。瑞士ABB公司已經(jīng)推出的IGCT可達(dá)4500一 6000V，3000

11、一 3500A。MCT因進(jìn)展不大而引退而IGCT的發(fā)展使其在電力電子器件的新格局中占有重要的地位。與發(fā)達(dá)國家相比，我國在器件制造方面比在應(yīng)用方面有更大的差距。高功率溝柵結(jié)構(gòu)IGBT模塊、IEGT、MOS門控晶閘管、高壓砷化稼高頻整流二極管、碳化硅(SIC)等新型功率器件在國外有了最新發(fā)展?？梢韵嘈牛捎肎aAs、SiC等新型半導(dǎo)體材料制成功率器件，實現(xiàn)人們對“理想器件”的追求，將是21世紀(jì)電力電子器件發(fā)展的主要趨勢。 高可靠性的電力電子積木(PEBB)和集成電力電子模塊(IPEM)是近期美國電力電子技術(shù)發(fā)展新熱點。GTO和IGCT，IGCT和高壓IGBT等電力電子新器件之間的激烈競爭，必將為2

12、1世紀(jì)世界電力電子新技術(shù)和變頻技術(shù)的發(fā)展帶來更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。 變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無級調(diào)速的需要而誕生的。電力電子器件的更新促使電力變換 技術(shù)的不斷發(fā)展。起初,變頻技術(shù)只局限于變頻不能變壓。20世紀(jì)70年代開始,脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM-VVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀(jì)80年代,作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣,并得出諸多優(yōu)化模式,如:調(diào)制波縱向分割法、同相位載波PWM技術(shù)、移相載波PWM技術(shù)、載波調(diào)制波同時移相PWM技術(shù)等。 VVVF變頻器的控制相對簡單,機(jī)械特性硬度也較好,能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求,已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是,這種控

13、制方式在低頻時,由于輸出電壓較小,受定子電阻壓降的影響比較顯著,故造成輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。 矢量控制變頻調(diào)速的做法是:將異步電動機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic通過三相二相變換,等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Iml、Itl,然后模仿直流電動機(jī)的控制方法,求得直流電動機(jī)的控制量,經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換,實現(xiàn)對異步電動機(jī)的控制。 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型,控制電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動機(jī)化成等效直流電動機(jī),因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計算;它不需要模仿直流電動機(jī)的控制,也不需要為解耦而簡化交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型。 VVVF變頻、矢量控制變頻

14、、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交直交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數(shù)低,諧波電流大,直流回路需要大的儲能電容,再生能量又不能反饋回電網(wǎng),即不能進(jìn)行四象限運行。為此,矩陣式交交變頻應(yīng)運而生。 20世紀(jì)70年代,家用電器開始逐步變頻化,出現(xiàn)了電磁烹任器、變頻照明器具、變頻空調(diào)、變頻微波爐、變頻電冰箱、IH(感應(yīng)加熱)飯堡、變頻洗衣機(jī)等。 20世紀(jì)末期期,家用電器則依托變頻技術(shù),主要瞄準(zhǔn)高功能和省電。 首先是電冰箱,由于它處于全天工作,采用變頻制冷后,壓縮機(jī)始終處在低速運行狀態(tài),可以徹底消除因壓縮機(jī)起動引的噪聲,節(jié)能效果更加明顯。其次,空調(diào)器使用變頻后,擴(kuò)大了壓縮機(jī)的工作圍,不需要壓縮機(jī)在斷續(xù)狀態(tài)下運

15、行就可實現(xiàn)冷、暖控制,達(dá)到降低電力消耗,消除由于溫度變動而引起的不適感。近年來,新式的變頻冷藏庫不但耗電量減少、實現(xiàn)靜音化,而且利用高速運行能實現(xiàn)快速冷凍。 在洗衣機(jī)方面,過去使用變頻實現(xiàn)可變速控制,提高洗凈性能,新流行的洗衣機(jī)除了節(jié)能和靜音化外,還在確保衣物柔和洗滌等方面推出新的控制容;電磁烹任器利用高頻感應(yīng)加熱使鍋子直接發(fā)熱,沒有燃?xì)夂碗娂訜岬臒霟岵糠?因此不但安全,還大幅度提高加熱效率,其工作頻率高于聽覺之上,從而消除了飯鍋振動引起的噪聲。四、電力電子裝置帶來的危害與對策 。 電力電子裝置中的相控整流和不可控二極管整流使輸入電流波形發(fā)生嚴(yán)重畸變,不但大大降低了系統(tǒng)的功率因數(shù),還引起了嚴(yán)重

16、的諧波污染。 另外,硬件電路中電壓和電流的急劇變化,使得電力電子器件承受很大的電應(yīng)力,并給周圍的電氣設(shè)備與電波造成嚴(yán)重的電磁干擾(EM1),而且情況日趨嚴(yán)重。許多國家都已制定了限制諧波的國家標(biāo)準(zhǔn),國際電氣電子工程師協(xié)會(IEEE)、國際電工委員會(IEC)和國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)紛紛推出了自己的諧波標(biāo)準(zhǔn)。我國政府也制定了限制諧波的有關(guān)規(guī)定。 （1）諧波與電磁干擾的對策 諧波抑制 為了抑制電力電子裝置產(chǎn)生的諧波,一種方法是進(jìn)行諧波補償,即設(shè)置諧波補償裝置,使輸入電流成為正弦波。 傳統(tǒng)的諧波補償裝置是采用IC調(diào)諧濾波器,它既可補償諧波,又可補償無功功率。其缺點是,補償特性受電網(wǎng)阻抗和運行狀態(tài)

17、影響,易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振,導(dǎo)致諧波放大,使LC濾波器過載甚至燒毀。此外,它只能補償固定頻率的諧波,效果也不夠理想。 電力電子器件普與應(yīng)用之后,運用有源電力濾波器進(jìn)行諧波補償成為重要方向。其原理是,從補償對象中檢測出諧波電流,然后產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等極性相反的補償電流,從而使電網(wǎng)電流只含有基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補償,且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。 大容量變流器減少諧波的主要方法是采用多重化技術(shù):將多個方波疊加以消除次數(shù)較低的諧波,從而得到接近正弦的階梯波。重數(shù)越多,波形越接近正弦,但電路結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。小容量變流器為了實現(xiàn)低諧波和高功率因數(shù),一般采用二極管整

18、流加PWM斬波,常稱之為功率因數(shù)校正(PEC)。典型的電路有升壓型、降壓型、升降壓型等。 電磁干擾抑制 解決EMI的措施是克服開關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷時出現(xiàn)過大的電流上升率di/dt和電壓上升率du/dt,目前比較引入注目的是零電流開關(guān)(ZCS)和零電壓開關(guān)(ZVS)電路。方法是: a.開關(guān)器件上串聯(lián)電感,這樣可抑制開關(guān)器件導(dǎo)通時的di/dt,使器件上不存在電壓、電流重疊區(qū),減少了正關(guān)損耗; b.開關(guān)器件上并聯(lián)電容,當(dāng)器件關(guān)斷后抑制du/dt上升,器件上不存在電壓、電流重疊區(qū),減少了開關(guān)損耗; c.器件上反并聯(lián)二極管,在二極管導(dǎo)通期間,開關(guān)器件呈零電壓、零電流狀態(tài),此時驅(qū)動器件導(dǎo)通或關(guān)斷能實現(xiàn)ZVS

19、、ZCS動作。 目前較常用的軟件開關(guān)技術(shù)有部分諧振PWM和無損耗緩沖電路。 (2)功率因數(shù)補償 早期的方法是采用同步調(diào)相機(jī),它是專門用來產(chǎn)生無功功率的同步電機(jī),利用過勵磁和欠勵磁分別發(fā)出不同大小的容性或感性無功功率。然而,由于它是旋轉(zhuǎn)電機(jī),噪聲和損耗都較大,運行維護(hù)也復(fù)雜,響應(yīng)速度慢。因此,在很多情況下已無法適應(yīng)快速無功功率補償?shù)囊蟆?另一種方法是采用飽和電抗器的靜止無功補償裝置。它具有靜止型和響應(yīng)速度快的優(yōu)點,但由于其鐵心需磁化到飽和狀態(tài),損耗和噪聲都很大,而且存在非線性電路的一些特殊問題,又不能分相調(diào)節(jié)以補償負(fù)載的不平衡,所以未能占據(jù)靜止無功補償裝置的主流。 隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,

20、使用SCR、GTO和IGBT等的靜止無功補償裝置得到了長足發(fā)展,其中以靜止無功發(fā)生器最為優(yōu)越。它具有調(diào)節(jié)速度快、運行圍寬的優(yōu)點,而且在采取多重化、多電平或PWM技術(shù)等措施后,可大大減少補償電流中諧波含量。更重要的是,靜止無功發(fā)生器使用的抗器和電容元件小,大大縮小裝置的體積和成本。靜止無功發(fā)生器代表著動態(tài)無功補償裝置的發(fā)展方向。 1.2.2 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展意義 20 世紀(jì)60 年代以前，直流調(diào)速一直以控制能力強(qiáng)、可靠性高、噪聲低、控制電路簡單等一系列優(yōu)良的性能在傳動領(lǐng)域中占據(jù)著主導(dǎo)地位。但是隨著社會生產(chǎn)力與技術(shù)的不斷發(fā)展，直流傳動的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯示出來。由于換向器的存在，使直流電動機(jī)的維護(hù)工

21、作量加大，單機(jī)容量、最高轉(zhuǎn)速以與使用環(huán)境等都受到限制。同時，電動機(jī)在實際應(yīng)用中，已由過去簡單的起?？刂疲蕴峁﹦恿槟康陌l(fā)展為對其速度、位置、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)進(jìn)行精確控制，使被驅(qū)動的機(jī)械運動符合預(yù)想的要求。另外，隨著電力電子技術(shù)、控制技術(shù)以與微型計算機(jī)和大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，交流調(diào)速取代直流調(diào)速，計算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。因此，人們便轉(zhuǎn)向應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、便于維護(hù)、價格低廉的交流電動機(jī)。 然而，要實現(xiàn)對交流電動機(jī)高性能的調(diào)速遠(yuǎn)比直流電動機(jī)調(diào)速困難得多。從20 世紀(jì)30 年代開始，人們就致力于交流調(diào)速技術(shù)的研究。20 世紀(jì)60 年代以后，特別是70 年代以來，隨著新型

22、自關(guān)斷電力電子器件、智能功率集成電路的問世，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，新的控制策略不斷涌現(xiàn)，使得交流調(diào)速技術(shù)得到迅猛發(fā)展，并已在冶金、機(jī)械、電氣、紡織、食品等行業(yè)得到普遍應(yīng)用，交流調(diào)速以其顯著的節(jié)電效果，優(yōu)良的調(diào)速性能以與廣泛的適用性逐步取代直流調(diào)速的地位，已經(jīng)成為電氣傳動領(lǐng)域發(fā)展的主流方向。變頻調(diào)速技術(shù)國外現(xiàn)狀(1)國外現(xiàn)狀 市場有大量需求隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高和能源全球性短缺，變頻器越來越廣泛地應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油、化工、紡織、造紙、食品等各個行業(yè)以與風(fēng)機(jī)、水泵等節(jié)能場合，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。功率器件發(fā)展迅速變頻調(diào)速技術(shù)是建立在電力電子技術(shù)基礎(chǔ)之上的。近年來，高電壓

23、、大電流的SCR、GTO、IGBT、IGCT 以與智能模塊IPM (Intelligent Power Module) 等器件的生產(chǎn)以與并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，使高電壓、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)與應(yīng)用成為現(xiàn)實。 在大功率交交變頻(循環(huán)變流器) 調(diào)速技術(shù)方面，法國阿爾斯通已能提供單機(jī)容量達(dá)30 000 kW的電氣傳動設(shè)備用于船舶推進(jìn)系統(tǒng)。在大功率無換向器電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)方面，意大利ABB 公司提供了單機(jī)容量為60 000 kW 的設(shè)備用于抽水蓄能電站；在中功率變頻調(diào)速技術(shù)方面, 德國西門子公司Simovert A 電流型晶閘管變頻調(diào)速設(shè)備單機(jī)容量為10到2 600 kw 和Simovert P

24、GTO PWM 變頻調(diào)速設(shè)備單機(jī)容量為100 耀900 kw，其控制系統(tǒng)已實現(xiàn)全數(shù)字化，用于電力機(jī)車、風(fēng)機(jī)、水泵傳動；在小功率變頻調(diào)速技術(shù)方面，日本富士BJT 變頻器最大單機(jī)容量可達(dá)700 kw，IGBT變頻器已形成系列產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)也已實現(xiàn)全數(shù)字化。IPM 投入應(yīng)用比IGBT 約晚2年, 由于IPM 包含了IGBT 芯片與外圍的驅(qū)動和保護(hù)電路，有的甚至還把光耦也集成于一體，是一種更為適用的集成型功率器件。目前，在模塊額定電流10到600 A 圍，通用變頻器均有采用IPM 的趨向。IPM 除了在工業(yè)變頻器中被大量采用之外，經(jīng)濟(jì)型的IPM 在近年也開始在一些民用品，如家用空調(diào)變頻器、冰箱變頻器

25、、洗衣機(jī)變頻器中得到應(yīng)用。IPM 也在向更高的水平發(fā)展，日本三菱電機(jī)最近開發(fā)的專用智能模塊ASIPM 將不需要外接光耦，通過部自舉電路可單電源供電，并采用了低電感的封裝技術(shù)，在實現(xiàn)系統(tǒng)小型化，專用化，高性能，低成本方面又推進(jìn)了一步。 控制理論和微電子技術(shù)的支持在現(xiàn)代自動化控制領(lǐng)域中，以現(xiàn)代控制論為基礎(chǔ)，融入模糊控制、專家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等新的控制理論為高性能變頻調(diào)速提供了理論基礎(chǔ)；16 位、32 位高速微處理器以與信號處理器(DSP)和專用集成電路(ASIC)技術(shù)的快速發(fā)展，則為實現(xiàn)變頻調(diào)速的高精度、多功能提供了硬件手段。(2)國現(xiàn)狀 我國電氣傳動產(chǎn)業(yè)始于1954 年。當(dāng)時，在機(jī)械工業(yè)部屬下

26、建立了我國第一個電氣傳動成套公司，即現(xiàn)在的電氣傳動設(shè)計研究所的前身?，F(xiàn)在，我國有200家左右的公司、工廠和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作。隨著改革開放，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，形成了一個巨大的市場，它既對國企業(yè)，也對外國公司敞開。很多最先進(jìn)的產(chǎn)品從發(fā)達(dá)國家進(jìn)口，在我國運行良好，滿足了我國生產(chǎn)和生活需要。國許多合資公司生產(chǎn)當(dāng)今國際上先進(jìn)的產(chǎn)品，國的成套部分在自行設(shè)計制造的成套裝置中采用外國進(jìn)口和合資企業(yè)的先進(jìn)設(shè)備，自己開發(fā)應(yīng)用軟件，能為國外重大工程項目提供一流的電氣傳動控制系統(tǒng)，在變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用和研究上取得了很大的成績。 但應(yīng)看到，由于國自行開發(fā)、生產(chǎn)產(chǎn)品的能力弱，對國外公司的依賴仍很嚴(yán)重。目前，國生產(chǎn)

27、的主要產(chǎn)品的狀況如下：晶閘管變流器和可關(guān)斷器件(DJT、IGBT、VDMOS)斬波器供電的直流調(diào)速設(shè)備這類設(shè)備的市場很大，隨著交流調(diào)速的發(fā)展，該市場雖在縮減，但由于我國舊設(shè)備改造任務(wù)重，以與它在幾百至一千多kW圍價格比交流調(diào)速設(shè)備價格低得多，所以短期仍有較大市場，國產(chǎn)設(shè)備能滿足需要，部分出口。自行開發(fā)的控制器多為模擬控制，近年來主要采用進(jìn)口數(shù)字控制器配國產(chǎn)功率裝置。IGBT 或BJT PWM 逆變器供電的交流變頻調(diào)速設(shè)備這類設(shè)備總?cè)萘空嫉谋壤淮螅_數(shù)多，增長快，應(yīng)用圍從單機(jī)擴(kuò)展到全生產(chǎn)線，從簡單的V/f 控制到高性能的矢量控制。負(fù)載換流式電流型晶閘管逆變器供電的變頻調(diào)速設(shè)備這類產(chǎn)品在抽水蓄

28、能電站的機(jī)組起動，大容量風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)和軋機(jī)傳動方面有很大需求。國只有少數(shù)科研單位有能力制造，目前容量最大做到12 MW。功率裝置國配套，自行開發(fā)的控制裝置只有模擬式的，數(shù)字裝置需進(jìn)口，自己開發(fā)應(yīng)用軟件。交交變頻器供電的變頻調(diào)速設(shè)備這類產(chǎn)品在軋機(jī)和礦井卷揚機(jī)傳動方面有很大需求，臺數(shù)不多，功率大。主要靠進(jìn)口，國只有少數(shù)科研單位有能力制造。目前最大容量做到7 000到8 000 kW。功率部分國產(chǎn)，數(shù)字控制裝置進(jìn)口，包括開發(fā)應(yīng)用軟件。 交流變頻調(diào)速是強(qiáng)、弱電混合，機(jī)電一體的綜合技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換，又要處理信息的收集變換和傳輸。因此它的共性技術(shù)必定是分為功率和控制兩大部分。前者要解決與高

29、壓大電流有關(guān)的技術(shù)問題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問題，后者要解決硬、軟件開發(fā)問題。各種高性能變頻控制都是國外研究的熱點，其未來主要的發(fā)展方向是: 實現(xiàn)變頻器的人工智能化對于交流電機(jī)這樣多變量、強(qiáng)耦合的參數(shù)非線性時變的復(fù)雜被控對象，要獲得良好的控制性能較為困難。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的信息處理能力，能通過自身學(xué)習(xí)來解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題，故目前已成為非線性系統(tǒng)建模的重要技術(shù)。近年來，國外神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在變頻調(diào)速系統(tǒng)控制中獲得了應(yīng)用，已成為當(dāng)前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論與應(yīng)用的研究熱點。 實現(xiàn)全數(shù)字控制化。全數(shù)字控制使硬件簡化，柔性的控制算法使控制靈活、可靠，易實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，便于故障診斷和監(jiān)視。 實現(xiàn)變頻器的通

30、信網(wǎng)絡(luò)化和技術(shù)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化。當(dāng)前，國外先進(jìn)的變頻器都配有總線適配器模塊(如modbus, feidbus, interbus等)作為選件，外部總線可以雙絞線和適配器連接，變頻器則作為系統(tǒng)的智能終端。進(jìn)一步可形成集散式(DCS)變頻控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線(FCS)變頻控制系統(tǒng)。變頻器的技術(shù)規(guī)格已統(tǒng)一成國際性標(biāo)準(zhǔn)，可根據(jù)用戶的需要實現(xiàn)靈活的配置。 實現(xiàn)變頻器的特大容量化隨著電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，控制容量將進(jìn)一步增大，使交流電機(jī)比直流電機(jī)的優(yōu)勢更加明顯。 實現(xiàn)變頻器硬件的集成化為了使變頻裝置體積更小巧，新型變頻器要求功率和控制單元具有高集成度。利用不斷發(fā)展的大規(guī)模集成電路工藝，把自動控制系統(tǒng)中控制電路集

31、成化為若干個專用IC芯片(ASIC )，使整個系統(tǒng)的構(gòu)成更小型、可靠，從而構(gòu)成強(qiáng)弱電一體的智能化電機(jī)。 實現(xiàn)變頻器的高頻化提高變頻器開關(guān)頻率是抑制諧波、提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵之一。但開關(guān)頻率提高，會增加器件自身的開關(guān)損耗，影響變頻器的效率和可靠性，使其調(diào)制頻率受到限制。目前在高頻變換器中采用較多的器件是MOSFET，IGBT和IPM。各國正在利用新一代高頻電力電子器件，如靜電感應(yīng)晶閘管(SITH )，以與IGCT 和IECT，研發(fā)新一代高頻的電控裝置。 實現(xiàn)軟開關(guān)化。軟開關(guān)技術(shù)是目前國外電力電子技術(shù)領(lǐng)域中的研究方向之一。傳統(tǒng)的變換器中的開關(guān)器件工作在硬開關(guān)狀態(tài)，硬開關(guān)妨礙了變換器工作頻率和容量的提

32、高，還存在容性開通問題引起過熱損壞，在感性關(guān)斷時易造成瞬時短路。近年來，軟開關(guān)技術(shù)被引進(jìn)變頻控制中并己逐漸推向?qū)嵱?。軟開關(guān)技術(shù)可以減小甚至完全消除變換器中開關(guān)器件在開關(guān)過程中的損耗，使緩沖吸收電路成為多余，提高了開關(guān)器件的工作頻率，減小了開關(guān)器件的散熱體積，提高了變頻器工作的可靠性和效率。 實現(xiàn)變頻器的“綠色環(huán)?！被?。實現(xiàn)變頻器的“綠色環(huán)?！被簿褪情_發(fā)清潔電能的變頻器。所謂清潔電能變頻器是指變頻器的功率因數(shù)為1，電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)的諧波分量很少。研究環(huán)保型整流器，使其不產(chǎn)生諧波，且實現(xiàn)功率雙向流動是國外目前研究的熱點問題。 變頻調(diào)速技術(shù)作為高新技術(shù)、基礎(chǔ)技術(shù)和節(jié)能技術(shù)，已經(jīng)滲透到所有經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的技

33、術(shù)部門中。應(yīng)積極應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)來改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，節(jié)約能源與提高產(chǎn)品質(zhì)量，以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；要大力發(fā)展變頻調(diào)速技術(shù)，必須把我國變頻調(diào)速技術(shù)提高到一個新的水平，縮小與世界先進(jìn)水平的差距，提高自主開發(fā)能力，滿足國民經(jīng)濟(jì)重點工程建設(shè)和市場的需求；并規(guī)我國變頻調(diào)速技術(shù)方面的標(biāo)準(zhǔn)，提高產(chǎn)品可靠性與工藝水平，實現(xiàn)規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。2 異步電動機(jī)的基本原理與調(diào)速方法 2.1 異步電動機(jī)概述 異步電機(jī)也稱感應(yīng)電動機(jī)與其他電動機(jī)相比，異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，使用方便，運行可靠，效率高，易于制造和維修，價格低廉等許多優(yōu)點。但是其調(diào)速性能差，功率因素低。2.1.1 異步電動機(jī)基本結(jié)構(gòu) 三相異

34、步電動機(jī)由固定的頂子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩個基本部分組成，轉(zhuǎn)子裝在定子腔里，借助軸承被支撐在兩個端蓋上。為了保證轉(zhuǎn)子能在定子轉(zhuǎn)動，定子和轉(zhuǎn)子之間必須有一間隙，稱為氣隙。(1)定子 定子由定子三相繞組，定鐵心和機(jī)座組成。定子三相繞組是異步電動機(jī)的電路部分，在異步電動機(jī)的運行中起著很重要的作用，是把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的關(guān)鍵部分。 定子三相繞組的機(jī)構(gòu)是對稱的，一般有六個出線置于機(jī)盒外側(cè)的接線盒，根據(jù)需要接成星形或三角形。(2)轉(zhuǎn)子 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)子繞組與轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心也是電機(jī)磁路的一部分，也是用電工鋼片疊成。與定子鐵心沖片不同的是，轉(zhuǎn)子鐵心是在沖片的外圓上開槽，疊裝后的轉(zhuǎn)子鐵心外圓柱面上均

35、勻地形成許多一樣的槽，用以放置轉(zhuǎn)子繞組。 轉(zhuǎn)子繞組是異步電機(jī)電路的另一部分，其作用為切割定子磁場，產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流，并在磁場作用下受力而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組由置于轉(zhuǎn)子槽中的導(dǎo)條和兩端的端環(huán)構(gòu)成。 鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組的各相均由單根導(dǎo)條組成，其感應(yīng)電勢不大，加上導(dǎo)條和鐵心疊片之間的接觸電阻較大，所以無需專門把導(dǎo)條和鐵心用絕緣材料分開。繞線使轉(zhuǎn)子繞組是用絕緣導(dǎo)線組成，嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽的三相對稱繞組。三相一般為星形接法，三根引出線分別接到固定在轉(zhuǎn)軸上并互相絕緣的三個集電環(huán)上，再通過安裝在端蓋上的電刷裝置與集電環(huán)接觸把電流引出來。轉(zhuǎn)軸式整個轉(zhuǎn)子部件的安裝基礎(chǔ)，又是力和機(jī)械功率的傳輸部件，整個轉(zhuǎn)子靠

36、軸和軸承被支撐在定子鐵心腔中。轉(zhuǎn)軸一般由中碳鋼或合金鋼制成。(3)氣隙 異步電動機(jī)的氣隙是很小的，中小型電機(jī)一般為0.22mm。氣隙越大，磁阻越大，要產(chǎn)生同樣大小的磁場，就需要較大的勵磁電源。由于氣隙的存在，異步電機(jī)的磁路磁阻遠(yuǎn)比變壓器大，因而異步電機(jī)的勵磁電源也比變壓器的大得多。變壓器大勵磁電流約為額定電流的3%,異步電機(jī)的勵磁電流約為額定電流的30%。勵磁電流是無功電流，因而勵磁電流越大，功率因素越低。為提高異步電機(jī)的功率因素，必須減少它的勵磁電流，最有效的方法是盡可能縮短氣隙長度。但是氣隙過小使裝配困難，還有可能使定，轉(zhuǎn)子在運行時發(fā)生摩擦或碰撞， 因此，氣隙的最小值由制造工藝以與運行安全

37、可靠等因素來決定。(4)其他部件 端蓋：安裝在機(jī)座的兩端，它的材料加工方法與機(jī)座一樣，一般為鑄鐵件。端蓋上的軸承室里安裝了軸承來支持轉(zhuǎn)子，以使定子和轉(zhuǎn)子得到了較好的同心度，保證轉(zhuǎn)子在定子膛里正常轉(zhuǎn)動。端蓋除了起支撐作用外，還起著保護(hù)定，轉(zhuǎn)子繞組的作用。 軸承：連接轉(zhuǎn)動部分與不轉(zhuǎn)動部分，目前都采用滾動軸承以減少摩擦。軸承端蓋：保護(hù)軸承，使軸承的潤滑油不致溢出。風(fēng)扇：冷卻電動機(jī)2.1.2異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理(1)三相異步電機(jī)作為電動機(jī)運行 三相電流流入三相定于繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢，并在氣隙中產(chǎn)生相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場。 當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體時，在其中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中有電流流過。其方向可利用右手定則

38、判定。轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，作電動機(jī)運行。當(dāng)異步電動機(jī)作為電動機(jī)運行時，為了克服負(fù)載的阻力轉(zhuǎn)矩，三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n總是略低于同步轉(zhuǎn)速n1，以便氣隙的旋轉(zhuǎn)磁場能夠切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體而在其中產(chǎn)生感應(yīng)電勢和感應(yīng)電流，從而能夠產(chǎn)生足夠的電磁轉(zhuǎn)矩來拖動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動?？梢?，異步電機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的必要條件是，磁場的同步轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n不相等把同步轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的差值稱為轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速n1的比值稱為轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)擦率用s來表示，即 (2.1)轉(zhuǎn)差率是異步電機(jī)的一個基本變量，它可以表示異步電機(jī)的各種不同運行狀態(tài)。在電機(jī)剛啟動時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=0，

39、則s=1隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的上升，轉(zhuǎn)差率s減小三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可用轉(zhuǎn)差率來計算 (2.2) (2)三相異步電動機(jī)作為發(fā)電機(jī)運行(3)三相異步電動機(jī)在制動狀態(tài)下運行 在這種情況下，它一方面消耗原動機(jī)的機(jī)械功率，同時也從電網(wǎng)吸收了電功率，這兩部分功率均變成三相異步電動機(jī)的損耗。 在三種運行狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速不同，因而稱為異步電機(jī)。又由于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組并不直接與電源相接，而是依靠電磁感應(yīng)的原理來產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，因而異步電動機(jī)又稱為感應(yīng)電機(jī)。2.1.3 異步電動機(jī)電路的等效變換(1)異步電機(jī)定轉(zhuǎn)子磁鏈方程定子磁鏈 （2.3）轉(zhuǎn)子磁鏈 （2.4）勵磁

40、磁鏈 （2.5）式中: , 定、 轉(zhuǎn)子電流矢量; 定、 轉(zhuǎn)子繞組之間的互感; , 定、 轉(zhuǎn)子繞組全電感。 根據(jù)上述公式可畫出電機(jī)定轉(zhuǎn)子以與氣隙磁鏈?zhǔn)噶繄D,如圖 2.1所示。定子磁鏈由定子和轉(zhuǎn)子 電流共同決定,轉(zhuǎn)子磁鏈也如此。 圖 2.1 電機(jī)磁鏈?zhǔn)噶繄D(2)電壓電流狀態(tài)方程和等效電路 在靜止-坐標(biāo)下,二相異步電動機(jī)定、 轉(zhuǎn)子繞組電壓平衡方程式為:（2.6） （2.7） 式中:，定子電流矢量的，分量，即；，定子磁鏈?zhǔn)噶康?，分量，即；，轉(zhuǎn)子電流矢量的，分量，即；，轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康?，分量，即；，定子電壓矢量的，分量，即；，轉(zhuǎn)子電壓矢量的，分量，即；， 定、 轉(zhuǎn)子繞組電阻 轉(zhuǎn)子角速度 P 微分算子 磁鏈

41、的電流和電感表示式 （2.8） （2.9） 經(jīng)整理可得到下列電壓電流關(guān)系矩陣方程:= （2.10）得異步電動機(jī)定轉(zhuǎn)子電壓與電流矢量的關(guān)系:= （2.11） 觀察上式,定、 轉(zhuǎn)子電壓平衡方程式中都包括 ,可得到 T型動態(tài)等效電路如圖 2.2所示。這是一種場路結(jié)合的分析方法,定、 轉(zhuǎn)子相互之間通過勵磁磁鏈耦合起來,勵磁磁鏈;定子磁鏈為勵磁磁鏈與定子漏磁鏈之和;轉(zhuǎn)子磁鏈為勵磁磁鏈與轉(zhuǎn)子漏磁鏈之和;磁場問題最后通過電路拓?fù)涞男问郊右悦枋觥?圖 2.2T型瞬態(tài)等效電路(2.12) 圖中電路同定子繞組匝數(shù)不變、 轉(zhuǎn)子繞組的匝數(shù)變化倍的電路等效,稱為 T型變換。根據(jù)恒功率原則,其方程為= (2.13)其中轉(zhuǎn)

42、子的電壓乘以系數(shù),轉(zhuǎn)子電流除以,功率保持不變。根據(jù)上面介紹的分析方法,定、 轉(zhuǎn)子電壓平衡方程式中都包括 ,得到 T型動態(tài)等效電路一般形式如圖 2.3所示。圖 2.3T型動態(tài)等效電路一般形式定子磁鏈 (2.14)轉(zhuǎn)子磁鏈（2.15）(2.16) 圖中 (2.17) 可取不同值,取，都有具體物理意義。即在等效電路中的勵磁支路的磁鏈可以分別代表氣隙磁鏈、 轉(zhuǎn)子磁鏈和定子磁鏈。(3) T-1、 T-2 動態(tài)等效電路當(dāng)時,即為 T型動態(tài)等效電路,如圖 2.3所示。當(dāng)時,即為 T-1型動態(tài)等效電路(見圖 2.4) ,轉(zhuǎn)子的漏感正好為 0。圖 2.4T-1 型動態(tài)等效電路圖2.4中： (2.18) 勵磁磁鏈

43、為勵磁電感為， 轉(zhuǎn)子電流為定子電流不變。該圖中勵磁磁鏈正好為實際的轉(zhuǎn)子磁鏈乘以一個系數(shù)。該等效電路用于分析以轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制是非常方便的,是一個精確的模型,而不是近似的忽略了轉(zhuǎn)子漏感的等效電路。知道定子電壓電流就可計算出勵磁磁鏈,乘以系數(shù) 即實際的轉(zhuǎn)子磁鏈。取 ,即為 T-2型動態(tài)等效電路 (如圖 2.5) ,根據(jù)圖 3,定子的漏感正好為 0。圖 2.5T-2 型動態(tài)等效電路 (2.19) 勵磁磁鏈為正好為實際的定子磁鏈,勵磁電感為 、 轉(zhuǎn)子電流為 。該等效電路通常用于分析直接轉(zhuǎn)矩控制。在直接轉(zhuǎn)矩控制中要求直接控制定子磁鏈,定子磁鏈?zhǔn)峭ㄟ^控制定子電壓獲得的。該電路也是精確的模型,而不是忽

44、略定子漏感獲得的模型。2.1.4 異步電機(jī)變頻調(diào)速原理變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。由交-直-交電流型負(fù)載換流變壓變頻器供電的同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 大型同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子上一般都具有勵磁繞組，

45、通過滑環(huán)由直流勵磁電源供電，或者由交流勵磁發(fā)電機(jī)經(jīng)過隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的整流器供電。 對于經(jīng)常在高速運行的機(jī)械設(shè)備，定子常用交-直-交電流型變壓變頻器供電，其電機(jī)側(cè)變換器（即逆變器）比給異步電動機(jī)供電時更簡單，可以省去強(qiáng)迫換流電路，而利用同步電動機(jī)定子中的感應(yīng)電動勢實現(xiàn)換相。這樣的逆變器稱作負(fù)載換流逆變器（Load-commutated Inverter，簡稱LCI）。系統(tǒng)組成圖2.6 由交-直-交電流型負(fù)載換流變壓變頻器供電的同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在圖2.6中，系統(tǒng)控制器的程序包括轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)差控制、負(fù)載換流控制和勵磁電流控制，F(xiàn)BS是測速反饋環(huán)節(jié)。 由于變壓變頻裝置是電流型的，還單獨畫出了電流控制

46、器（包括電流調(diào)節(jié)和電源側(cè)變換器的觸發(fā)控制）。 換流問題LCI同步調(diào)速系統(tǒng)在起動和低速時存在換流問題， 低速時同步電動機(jī)感應(yīng)電動勢不夠大不足以保證可靠換流；當(dāng)電機(jī)靜止時，感應(yīng)電動勢為零，根本就無法換流。解決方案 這時，須采用“直流側(cè)電流斷續(xù)”的特殊方法，使中間直流環(huán)節(jié)電抗器的旁路晶閘管導(dǎo)通，讓電抗器放電，同時切斷直流電流，允許逆變器換相，換相后再關(guān)斷旁路晶閘管，使電流恢復(fù)正常。 用這種換流方式可使電動機(jī)轉(zhuǎn)速升到額定值的 3%5%，然后再切換到負(fù)載電動勢換流。 2.1.5 變頻調(diào)速的控制方式與選定變頻器選型時要確定以下幾點： (1) 采用變頻的目的；恒壓控制或恒流控制等。 (2) 變頻器的負(fù)載類型

47、；如葉片泵或容積泵等，特別注意負(fù)載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時的方式方法。 (3) 變頻器與負(fù)載的匹配問題； I.電壓匹配；變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。 II. 電流匹配；普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機(jī)的額定電流相符。對于特殊的負(fù)載如深水泵等則需要參考電機(jī)性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。 III.轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時有可能發(fā)生。 (4) 在使用變頻器驅(qū)動高速電機(jī)時，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高速電機(jī)的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機(jī)的選型。 (5) 變頻器如果要長電纜運行時，此時要采取措施抑制長電

48、纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣情況下，變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。 (6) 對于一些特殊的應(yīng)用場合，如高溫，高海拔，此時會引起變頻器的降容，變頻器容量要放大一擋。3 變頻器主電路設(shè)計 變頻器分為交交變頻器和交直交變頻器兩大類。交交變頻器是將工頻交流電直接變換成電壓和頻率可調(diào)的交流電，也稱直接式變頻器，而交直交變頻器是將工頻交流電先通過整流電路變成直流電，然后將直流電變換成電壓和頻率可調(diào)的交流電，它又稱為間接式變頻器。目前主要應(yīng)用的是交直交變頻器。交直交變頻器的主電路框圖如圖3.1所示，主電路包括3個組成部分：整流電路、中間電路和逆變電路。圖3.

49、1 交直交變頻器的主電路框圖3.1 整 流 電 路 整流電路是一種將輸入的交流電壓變換為輸出的直流電壓的電路。根據(jù)整流電路中所使用的功率器件的開關(guān)控制性能對整流電路分類，整流電路可分為：不可控整流電路、半控整流電路和全控整流電路。3.1.1 不可控整流電路 1不可控器件功率二極管2不可控整流電路圖3.2 單相不可控整流橋與整流電壓波形 為了減小整流輸出直流電壓的脈動，常在直流側(cè)并接一個大電容，作為穩(wěn)壓電容，如圖3.3所示。圖3.4為利用功率二極管構(gòu)成的三相不可控整流橋電路，圖3.5為整流橋輸入的交流電壓和負(fù)載電阻R上的電壓波形。 圖3.3 帶穩(wěn)壓電容的單相不可控整流橋電路圖3.4 三相不可控整

50、流橋電路 圖3.5 三相不可控整流橋電壓波形3.2 中 間 電 路 變頻器的直流側(cè)是連接變頻器整流電路和逆變電路的中間電路部分，主要實現(xiàn)濾波和制動兩大功能。整流電路輸出的電壓是脈動的，需要進(jìn)行濾波，以獲得恒流(電流型)或恒壓(電壓型)電源。直流側(cè)為電壓型電路的濾波原理如圖3.6所示。圖3.6 電壓型電路濾波原理圖3.7為直流側(cè)為電流型電路的濾波原理。圖3.8為其控制單元的電路結(jié)構(gòu)。 圖3.7 圖3.8 圖3.9 圖3.103.3 逆 變 電 路 逆變是整流的逆過程，即把直流電變成交流電稱為逆變。當(dāng)交流側(cè)接有電源，即接在電網(wǎng)上，稱為有源逆變。當(dāng)交流側(cè)直接和負(fù)載相連時，稱為無源逆變。逆變電路一般指

51、無源逆變電路。3.3.1 逆變電路的工作原理 圖3.9 為單相橋式逆變電路。圖3.10為單相橋式逆變電路波形圖。3.3.2 電壓型和電流型逆變電路 圖2.11所示為電壓型逆變器和電流型逆變器的結(jié)構(gòu)簡圖。圖3.11 電壓型逆變器和電流型逆變器的結(jié)構(gòu)簡圖 電壓型逆變電路有以下特點：直流側(cè)為電壓源，直流側(cè)電壓基本無脈動；交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，與負(fù)載阻抗無關(guān)；為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋的各橋臂開關(guān)器件都反并聯(lián)有反饋二極管，一起構(gòu)成逆導(dǎo)開關(guān)。圖3.12所示為IGBT反并聯(lián)二極管構(gòu)成的逆導(dǎo)開關(guān)。電流型逆變電路有以下主要特點：直流側(cè)為電流源，直流側(cè)電流基本無脈動；交流側(cè)輸出電流

52、波形為矩形波，與負(fù)載阻抗無關(guān)；開關(guān)器件不需要反并聯(lián)二極管。 圖3.12 IGBT與二極管構(gòu)成的逆導(dǎo)開關(guān)3.3.3 三相橋式逆變電路三相電壓型全橋逆變電路如圖3.13所示。圖3.14 電壓型三相全橋逆變電路波形圖。圖3.13 圖3.14 圖3.15左是電流型三相橋式逆變電路，圖3.15右給出了逆變電路輸出的三相電流波形與線電壓波形。 圖3.15 電流型三相橋式逆變電路與其輸出波形 4 變頻參數(shù)與選擇4.1 功能與參數(shù)4.1.1 頻率的給定功能 當(dāng)變頻器設(shè)定為外部操作模式時，變頻器的輸出頻率跟隨給定信號的變化。給定方式給定方式分為模擬量給定和數(shù)字量給定。（1）模擬量給定方式當(dāng)給定信號為模擬量時，稱為模擬量給定方式。模擬量給定時的頻率精度略低，為最高頻率的±5%以。 (1)電壓信號。以電壓大小作為給定信號的稱電壓信號。其圍有05V或010V。輸入端為2，通過參數(shù)Pr.73切換。輸入電壓(Pr.73)可進(jìn)行“05V，010V”選擇。“0”DC05V。“1”DC010V。 (2)電流信號。以電流大小作為給定信號的稱電流信號，