變頻器從基礎(chǔ)到精通

基礎(chǔ)篇變頻器的基礎(chǔ)知識(shí)變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來(lái)說(shuō)，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。變頻調(diào)速是通過(guò)改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的需要而誕生的。20世紀(jì)60年代以后，\o"萊姆參與電力電子器件創(chuàng)新技術(shù)解決方案研討會(huì)"電力電子器件經(jīng)歷了SCR(晶閘管)、GTO(門(mén)極可關(guān)斷晶閘管)、BJT(雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管)、SIT(靜電感應(yīng)晶體管)、SITH(靜電感應(yīng)晶閘管)、MGT(MOS控制晶體管)、MCT(MOS控制晶閘管)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)的發(fā)展過(guò)程，器件的更新促進(jìn)了電力電子變換技術(shù)的不斷發(fā)展。20世紀(jì)70年代開(kāi)始，\o"COP800系列微控制器采用的脈寬調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)"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(wèn)題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀(jì)80年代后半期開(kāi)始，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國(guó)家的VVVF變頻器已投入市場(chǎng)并獲得了廣泛應(yīng)用。變頻器的分類(lèi)方法有多種，按照主電路工作方式分類(lèi)，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開(kāi)關(guān)方式分類(lèi)，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類(lèi)，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類(lèi)，可以分為通用變頻器、高性能專(zhuān)用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。VVVF：改變電壓、改變頻率CVCF：恒電壓、恒頻率。各國(guó)使用的交流供電電源，無(wú)論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率均為400V/50Hz或200V/60Hz(50Hz)，等等。通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱(chēng)作“變頻器”。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電(DC)。用于電機(jī)控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。變頻器的工作原理我們知道，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位：n＝60f(1－s)/p(1)式中n———異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f———異步電動(dòng)機(jī)的頻率；s———電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；p———電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。由式(1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。變頻器控制方式低壓通用變頻輸出電壓為380～650V，輸出功率為0.75～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都采用交—直—交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。1.U/f=C的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿(mǎn)足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒(méi)有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線(xiàn)會(huì)隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。2.電壓空間矢量(SVPWM)控制方式它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以?xún)?nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差；通過(guò)反饋估算磁鏈幅值，消除低速時(shí)定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動(dòng)態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒(méi)有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒(méi)有得到根本改善。3.矢量控制(VC)方式矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過(guò)三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1Ib1，再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1(Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)速度，磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過(guò)控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過(guò)程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。4.直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式1985年，德國(guó)魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車(chē)牽引的大功率交流傳動(dòng)上。直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算；它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。5.矩陣式交—交控制方式VVVF變頻、矢量控制變頻、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(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲(chǔ)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(yùn)行。為此，矩陣式交—交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。其實(shí)質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具體方法是：控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)無(wú)速度傳感器方式；自動(dòng)識(shí)別(ID)依靠精確的電機(jī)數(shù)學(xué)模型，對(duì)電機(jī)參數(shù)自動(dòng)識(shí)別；算出實(shí)際值對(duì)應(yīng)定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實(shí)際的轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈、轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制；實(shí)現(xiàn)Band—Band控制按磁鏈和轉(zhuǎn)矩的Band—Band控制產(chǎn)生PWM信號(hào)，對(duì)逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。矩陣式交—交變頻具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)(<2ms)，很高的速度精度(±2%，無(wú)PG反饋)，高轉(zhuǎn)矩精度(<＋3%)；同時(shí)還具有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及高轉(zhuǎn)矩精度，尤其在低速時(shí)(包括0速度時(shí))，可輸出150%～200%轉(zhuǎn)矩。變頻器的使用中遇到的問(wèn)題和故障防范由于使用方法不正確或設(shè)置環(huán)境不合理，將容易造成變頻器誤動(dòng)作及發(fā)生故障，或者無(wú)法滿(mǎn)足預(yù)期的運(yùn)行效果。為防患于未然，事先對(duì)故障原因進(jìn)行認(rèn)真分析顯得尤為重要。外部的電磁感應(yīng)干擾如果變頻器周?chē)嬖诟蓴_源，它們將通過(guò)輻射或電源線(xiàn)侵入變頻器的內(nèi)部，引起控制回路誤動(dòng)作，造成工作不正?；蛲C(jī)，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞變頻器。提高變頻器自身的抗干擾能力固然重要，但由于受裝置成本限制，在外部采取噪聲抑制措施，消除干擾源顯得更合理、更必要。以下幾項(xiàng)措施是對(duì)噪聲干擾實(shí)行“三不”原則的具體方法：變頻器周?chē)欣^電器、接觸器的控制線(xiàn)圈上需加裝防止沖擊電壓的吸收裝置，如RC吸收器；盡量縮短控制回路的配線(xiàn)距離，并使其與主線(xiàn)路分離；指定采用屏蔽線(xiàn)回路，須按規(guī)定進(jìn)行，若線(xiàn)路較長(zhǎng)，應(yīng)采用合理的中繼方式；變頻器接地端子應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行，不能同電焊、動(dòng)力接地混用；變頻器輸入端安裝噪聲濾波器，避免由電源進(jìn)線(xiàn)引入干擾。安裝環(huán)境變頻器屬于電子器件裝置，在其規(guī)格書(shū)中有詳細(xì)安裝使用環(huán)境的要求。在特殊情況下，若確實(shí)無(wú)法滿(mǎn)足這些要求，必須盡量采用相應(yīng)抑制措施：振動(dòng)是對(duì)電子器件造成機(jī)械損傷的主要原因，對(duì)于振動(dòng)沖擊較大的場(chǎng)合，應(yīng)采用橡膠等避振措施；潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等將造成電子器件生銹、接觸不良、絕緣降低而形成短路，作為防范措施，應(yīng)對(duì)控制板進(jìn)行防腐防塵處理，并采用封閉式結(jié)構(gòu)；溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素，特別是半導(dǎo)體器件，應(yīng)根據(jù)裝置要求的環(huán)境條件安裝空調(diào)或避免日光直射。除上述3點(diǎn)外，定期檢查變頻器的空氣濾清器及冷卻風(fēng)扇也是非常必要的。對(duì)于特殊的高寒場(chǎng)合，為防止微處理器因溫度過(guò)低不能正常工作，應(yīng)采取設(shè)置空間加熱器等必要措施。電源異常電源異常表現(xiàn)為各種形式，但大致分以下3種，即缺相、低電壓、停電，有時(shí)也出現(xiàn)它們的混和形式。這些異?，F(xiàn)象的主要原因多半是輸電線(xiàn)路因風(fēng)、雪、雷擊造成的，有時(shí)也因?yàn)橥还╇娤到y(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)對(duì)地短路及相間短路。而雷擊因地域和季節(jié)有很大差異。除電壓波動(dòng)外，有些電網(wǎng)或自行發(fā)電單位，也會(huì)出現(xiàn)頻率波動(dòng)，并且這些現(xiàn)象有時(shí)在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)，為保證設(shè)備的正常運(yùn)行，對(duì)變頻器供電電源也提出相應(yīng)要求。如果附近有直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)和電磁爐等設(shè)備，為防止這些設(shè)備投入時(shí)造成的電壓降低，應(yīng)和變頻器供電系統(tǒng)分離，減小相互影響；對(duì)于要求瞬時(shí)停電后仍能繼續(xù)運(yùn)行的場(chǎng)合，除選擇合適價(jià)格的變頻器外，還因預(yù)先考慮負(fù)載電機(jī)的降速比例。變頻器和外部控制回路采用瞬停補(bǔ)償方式，當(dāng)電壓回復(fù)后，通過(guò)速度追蹤和測(cè)速電機(jī)的檢測(cè)來(lái)防止在加速中的過(guò)電流；對(duì)于要求必須量需運(yùn)行的設(shè)備，要對(duì)變頻器加裝自動(dòng)切換的不停電電源裝置。二極管輸入及使用單相控制電源的變頻器，雖然在缺相狀態(tài)也能繼續(xù)工作，但整流器中個(gè)別器件電流過(guò)大及電容器的脈沖電流過(guò)大，若長(zhǎng)期運(yùn)行將對(duì)變頻器的壽命及可靠性造成不良影響，應(yīng)及早檢查處理。雷擊、感應(yīng)雷電雷擊或感應(yīng)雷擊形成的沖擊電壓有時(shí)也能造成變頻器的損壞。此外，當(dāng)電源系統(tǒng)一次側(cè)帶有真空斷路器時(shí)，短路器開(kāi)閉也能產(chǎn)生較高的沖擊電壓。變壓器一次側(cè)真空斷路器斷開(kāi)時(shí)，通過(guò)耦合在二次側(cè)形成很高的電壓沖擊尖峰。為防止因沖擊電壓造成過(guò)電壓損壞，通常需要在變頻器的輸入端加壓敏電阻等吸收器件，保證輸入電壓不高于變頻器主回路期間所允許的最大電壓。當(dāng)使用真空斷路器時(shí)，應(yīng)盡量采用沖擊形成追加RC浪涌吸收器。若變壓器一次側(cè)有真空斷路器，因在控制時(shí)序上保證真空斷路器動(dòng)作前先將變頻器斷開(kāi)。過(guò)去的晶體管變頻器主要有以下缺點(diǎn)：容易跳閘、不容易再起動(dòng)、過(guò)負(fù)載能力低。由于IGBT及CPU的迅速發(fā)展，變頻器內(nèi)部增加了完善的自診斷及故障防范功能，大幅度提高了變頻器的可靠性。如果使用矢量控制變頻器中的“全領(lǐng)域自動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能”，其中“起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不足”、“環(huán)境條件變化造成出力下降”等故障原因，將得到很好的克服。該功能是利用變頻器內(nèi)部的微型計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算，計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻所需要的轉(zhuǎn)矩，迅速對(duì)輸出電壓進(jìn)行修正和補(bǔ)償，以抵消因外部條件變化而造成的變頻器輸出轉(zhuǎn)矩變化。此外，由于變頻器的軟件開(kāi)發(fā)更加完善，可以預(yù)先在變頻器的內(nèi)部設(shè)置各種故障防止措施，并使故障化解后仍能保持繼續(xù)運(yùn)行，例如：對(duì)自由停車(chē)過(guò)程中的電機(jī)進(jìn)行再起動(dòng)；對(duì)內(nèi)部故障自動(dòng)復(fù)位并保持連續(xù)運(yùn)行；負(fù)載轉(zhuǎn)矩過(guò)大時(shí)能自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行曲線(xiàn)，避免Trip；能夠?qū)C(jī)械系統(tǒng)的異常轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測(cè)。變頻器對(duì)周邊設(shè)備的影響及故障防范變頻器的安裝使用也將對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生影響，有時(shí)甚至導(dǎo)致其他設(shè)備故障。因此，對(duì)這些影響因素進(jìn)行分析探討，并研究應(yīng)該采取哪些措施時(shí)非常必要的。電源高次諧波由于目前的變頻器幾乎都采用PWM控制方式，這樣的脈沖調(diào)制形式使得變頻器運(yùn)行時(shí)在電源側(cè)產(chǎn)生高次諧波電流，并造成電壓波形畸變，對(duì)電源系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，通常采用以下處理措施：采用專(zhuān)用變壓器對(duì)變頻器供電，與其它供電系統(tǒng)分離；在變頻器輸入側(cè)加裝濾波電抗器或多種整流橋回路，降低高次諧波分量，對(duì)于有進(jìn)相電容器的場(chǎng)合因高次諧波電流將電容電流增加造成發(fā)熱嚴(yán)重，必須在電容前串接電抗器，以減小諧波分量，對(duì)電抗器的電感應(yīng)合理分析計(jì)算，避免形成LC振蕩。電動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高及運(yùn)行范圍對(duì)于現(xiàn)有電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造時(shí)，由于自冷電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)冷卻能力下降造成電機(jī)過(guò)熱。此外，因?yàn)樽冾l器輸出波形中所含有的高次諧波勢(shì)必增加電機(jī)的鐵損和銅損，因此在確認(rèn)電機(jī)的負(fù)載狀態(tài)和運(yùn)行范圍之后，采取以下的相應(yīng)措施：對(duì)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)冷通風(fēng)或提高電機(jī)規(guī)格等級(jí)；更換變頻專(zhuān)用電機(jī)；限定運(yùn)行范圍，避開(kāi)低速區(qū)。振動(dòng)、噪聲振動(dòng)通常是由于電機(jī)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩及機(jī)械系統(tǒng)的共振引起的，特別是當(dāng)脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械共振電恰好一致時(shí)更為嚴(yán)重。噪聲通常分為變頻裝置噪聲和電動(dòng)機(jī)噪聲，對(duì)于不同的安裝場(chǎng)所應(yīng)采取不同的處理措施：變頻器在調(diào)試過(guò)程中，在保證控制精度的前提下，應(yīng)盡量減小脈沖轉(zhuǎn)矩成分；調(diào)試確認(rèn)機(jī)械共振點(diǎn)，利用變頻器的頻率屏蔽功能，使這些共振點(diǎn)排除在運(yùn)行范圍之外；由于變頻器噪聲主要有冷卻風(fēng)扇機(jī)電抗器產(chǎn)生，因選用低噪聲器件；在電動(dòng)機(jī)與變頻器之間合理設(shè)置交流電抗器，減小因PWM調(diào)制方式造成的高次諧波。高頻開(kāi)關(guān)形成尖峰電壓對(duì)電機(jī)絕緣不利在變頻器的輸出電壓中，含有高頻尖峰浪用電壓。這些高次諧波沖擊電壓將會(huì)降低電動(dòng)機(jī)繞組的絕緣強(qiáng)度，尤其以PWM控制型變頻器更為明顯，應(yīng)采取以下措施：盡量縮短變頻器到電機(jī)的配線(xiàn)距離；采用阻斷二極管的浪涌電壓吸收裝置，對(duì)變頻器輸出電壓進(jìn)行處理；對(duì)PWM型變頻器應(yīng)盡量在電機(jī)輸入側(cè)加濾波器。變頻器技術(shù)發(fā)展方向預(yù)測(cè)變頻器是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的功率變換器。當(dāng)今的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包含多種學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域，總的發(fā)展趨勢(shì)是：驅(qū)動(dòng)的交流化，功率變換器的高頻化，控制的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。因此，變頻器作為系統(tǒng)的重要功率變換部件，提供可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發(fā)展。隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能價(jià)格比越來(lái)越高，體積越來(lái)越小，而廠家仍然在不斷地提高可靠性實(shí)現(xiàn)變頻器的進(jìn)一步小型輕量化、高性能化和多功能化以及無(wú)公害化而做著新的努力。變頻器性能的優(yōu)劣，一要看其輸出交流電壓的諧波對(duì)電機(jī)的影響；二要看對(duì)電網(wǎng)的諧波污染和輸入功率因數(shù)；三要看本身的能量損耗如何。這里僅以量大面廣的交—直—交變頻器為例，闡述它的發(fā)展趨勢(shì)：主電路功率開(kāi)關(guān)元件的自關(guān)斷化、模塊化、集成化、智能化；開(kāi)關(guān)頻率不斷提高，開(kāi)關(guān)損耗進(jìn)一步降低。變頻器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面。變頻器的網(wǎng)側(cè)變流器對(duì)低壓小容量的裝置常采用6脈沖變流器，而對(duì)中壓大容量的裝置采用多重化12脈沖以上的變流器。負(fù)載側(cè)變流器對(duì)低壓小容量裝置常采用兩電平的橋式逆變器，而對(duì)中壓大容量的裝置采用多電平逆變器。對(duì)于四象限運(yùn)行的轉(zhuǎn)動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)變頻器再生能量向電網(wǎng)回饋和節(jié)省能量，網(wǎng)側(cè)變流器應(yīng)為可逆變流器，同時(shí)出現(xiàn)了功率可雙向流動(dòng)的雙PWM變頻器，對(duì)網(wǎng)側(cè)變流器加以適當(dāng)控制可使輸入電流接近正弦波，減少對(duì)電網(wǎng)的公害。脈寬調(diào)制變壓變頻器的控制方法可以采用正弦波脈寬調(diào)制控制、消除指定次數(shù)諧波的PWM控制、電流跟蹤控制、電壓空間矢量控制(磁鏈跟蹤控制)。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)整控制方法的進(jìn)展主要體現(xiàn)在由標(biāo)量控制向高動(dòng)態(tài)性能的矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制發(fā)展和開(kāi)發(fā)無(wú)速度傳感器的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)方面。微處理器的進(jìn)步使數(shù)字控制成為現(xiàn)代控制器的發(fā)展方向。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是快速系統(tǒng)，特別是交流電動(dòng)機(jī)高性能的控制需要存儲(chǔ)多種數(shù)據(jù)和快速實(shí)時(shí)處理大量信息。近幾年來(lái)，國(guó)外各大公司紛紛推出以DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)為基礎(chǔ)的內(nèi)核，配以電機(jī)控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內(nèi)的稱(chēng)為DSP單片電機(jī)控制器，價(jià)格大大降低，體積縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，使用便捷，可靠性提高。DSP和普通的單片機(jī)相比，處理數(shù)字運(yùn)算能力增強(qiáng)10～15倍，可確保系統(tǒng)有更優(yōu)越的控制性能。數(shù)字控制使硬件簡(jiǎn)化，柔性的控制算法使控制具有很大的靈活性，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律，使現(xiàn)代控制理論在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)，易于與上層系統(tǒng)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，便于故障診斷、加強(qiáng)保護(hù)和監(jiān)視功能，使系統(tǒng)智能化(如有些變頻器具有自調(diào)整功能)?？刂破ㄓ米冾l器中基于DSP的數(shù)字控制器實(shí)現(xiàn)引言變頻調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵，就是要沒(méi)計(jì)一個(gè)合理的變頻器，而它的核心就是變頻調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制器。變頻器的數(shù)字控制器包括信號(hào)的檢測(cè)、濾波、整形，核心算法的實(shí)時(shí)完成以及驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生，系統(tǒng)的監(jiān)控、保護(hù)等功能。變頻器數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件部分，包括微處理器、接口電路及外圍設(shè)備，其中微處理器是系統(tǒng)的控制核心，它通過(guò)內(nèi)部控制程序，對(duì)從輸入接口輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成控制計(jì)算等工作，通過(guò)輸出接口電路向外圍發(fā)出各種控制信號(hào)，外圍設(shè)備除了檢測(cè)元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，還包括各種操作、顯示以及通信設(shè)備。本文采用TI公司的TMS320F240自行設(shè)計(jì)了一款用于高速電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制器，頻率可以通過(guò)鍵盤(pán)數(shù)字給定或者模擬給定，同時(shí)對(duì)它的功能和技術(shù)做了簡(jiǎn)要的分析，并給出了電機(jī)在18000r/min穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)控制器的輸出波形。1數(shù)字控制器的硬件結(jié)構(gòu)框圖和工作原理數(shù)字控制器的硬件以TMS320F240定點(diǎn)DSP為CPU，CY7C199為外部數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器各32K；16路的模擬/數(shù)字輸入通道，其中一路可以用來(lái)進(jìn)行模擬頻率給定；使用了8位數(shù)字I/O口，可以用鍵盤(pán)通過(guò)I/O口來(lái)進(jìn)行數(shù)字頻率給定；4路12位的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換通道，用于電機(jī)輸出信號(hào)控制；RS232和SPI系列兼容接口，其中將SPI用作變頻調(diào)速時(shí)電機(jī)頻率的LED顯示，將SCI口擴(kuò)充成RS232接口，其功能布置框圖如圖1所示2.3RS232的串行口電路設(shè)計(jì)RS232是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)于1960年發(fā)布的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，目前應(yīng)用廣泛的是RS232C和RS232D。RS232C的標(biāo)準(zhǔn)連接為DB25．但在實(shí)際應(yīng)用中采用非標(biāo)準(zhǔn)的DB9連接，實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)需要對(duì)定義的引腳進(jìn)行取舍。RS232C電氣特性最大的特點(diǎn)是采用了負(fù)邏輯，邏輯l的電平是-3V~-15V，邏輯0的電平是+3V~+15V，因此，在使用中有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換接口的問(wèn)題。本文中采用自升壓的集成芯片MAX232C來(lái)構(gòu)成，只由+5V電源來(lái)供電，電平轉(zhuǎn)換所需的±10V電源由片內(nèi)電荷泵產(chǎn)生。在控制器做好以后，進(jìn)行了計(jì)算機(jī)的串行通信接口(SCI)檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)通信收發(fā)正常，能夠穩(wěn)定工作。2.4D/A輸出功能塊的設(shè)計(jì)在數(shù)字控制系統(tǒng)中，D/A和A/D電路是必不可少的，根據(jù)各種運(yùn)用場(chǎng)合不同，系統(tǒng)對(duì)D/A、A/D的速度要求也不一樣。本文中使用的是并行輸入的D/A芯片DAC7625，它是12位數(shù)據(jù)并行輸入，4路模擬輸出的D/A轉(zhuǎn)換器。其建立時(shí)間是10μs，功耗20mW，電源可以采用單電源+5V和雙電源±5V供電，廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制和數(shù)據(jù)采集等。數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC的數(shù)據(jù)輸入來(lái)自DSP的高12位，通過(guò)74LS245送到DAC7625的數(shù)據(jù)端，采用單電源+5V供電，參考電壓VHEFH使用精密穩(wěn)壓器件提供的+2.5V，VHEFL模擬地，其輸出通過(guò)運(yùn)算放大器TLCH2272進(jìn)行放大，輸出范圍為0~+5V。2.5鍵盤(pán)輸入接口電路和LED顯示電路設(shè)計(jì)鍵盤(pán)和七段LED顯示器是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最常用的輸入、輸出沒(méi)備。它是實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間進(jìn)行信息交換的主要通路。鍵盤(pán)的功能就是把人們要處理的數(shù)據(jù)、命令等轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)識(shí)?e的二進(jìn)制代碼，即計(jì)算機(jī)能識(shí)別的符號(hào)；七段LED顯示器則是把計(jì)算機(jī)的運(yùn)算結(jié)果、狀態(tài)等代碼轉(zhuǎn)換成為人們能識(shí)?e的符號(hào)顯示出來(lái)。鍵盤(pán)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要輸入沒(méi)備，特?e是在微處理器中，鍵盤(pán)設(shè)汁成為必然。本文在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到DSP處理速度的快速性，對(duì)于鍵盤(pán)去抖動(dòng)環(huán)節(jié)，采用了硬件延時(shí)電路，具體電路如圖2所示。

圖2：數(shù)字控制器中DSP鍵盤(pán)輸入接口電路。七段LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種連接方式。動(dòng)態(tài)掃描方式節(jié)省硬件，常用的BCD七段譯碼驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)電路有兩種，如Intel8279、Max7219等，控制器中采用MAX7219芯片。DSP具有一個(gè)與外設(shè)打交道的串行接口SPl，這為串行接門(mén)顯示提供了方便。MAX7219足一種串行的共陰極LED數(shù)字顯示驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)沒(méi)多個(gè)控制和數(shù)據(jù)寄存器，其工作方式可通過(guò)編程靈活地設(shè)計(jì)，它是體積小、功能強(qiáng)大、使用靈活方便的串行接口。應(yīng)用中需要注意的問(wèn)題就是，MAX7219抗，EMI能力比較差，相對(duì)而言用MAX7221比較可靠一點(diǎn)。另外一個(gè)問(wèn)題是，說(shuō)明書(shū)中雖然說(shuō)寄存器可以使用任意數(shù)字，比如說(shuō)數(shù)據(jù)格式中的高4位用的是XXXX來(lái)表示，但是，在實(shí)際應(yīng)用中最好使用非零位，本文采用1111來(lái)表示，可以增加抗干擾能力。另外，在串行數(shù)據(jù)線(xiàn)和電源中必須加適量電容，以提高抗干擾能力，特別是電源尤其要注意，如果波動(dòng)比較大的話(huà)，MAX7219比較容易損壞。2.6SVPWM脈沖輸出模塊的設(shè)計(jì)空間電壓矢量SVPWM脈沖輸出是數(shù)字控制器中的關(guān)鍵部分，電機(jī)調(diào)速或者逆變器的頻率就是由SVPWM波形來(lái)控制的。為了防止逆變器的上下橋臂直通，雖然在DSP內(nèi)部編程可以加入死區(qū)?技洌?但是用微處理器產(chǎn)生的SVPWM脈沖可能由于程序跑飛而造成控制混亂，為安全起見(jiàn)，采用GAL器件做了互鎖保護(hù)電路，防止逆變器同一橋臂上下器件的直通，數(shù)字控制器中使用的是Lattice公司的GAL16V8。3軟件設(shè)計(jì)隨著變頻器產(chǎn)品的不斷成熟，它的功能也不斷豐富，可靠性也得到不斷提高，從而導(dǎo)致了其程序編制的復(fù)雜度和難度。本文設(shè)計(jì)的變頻調(diào)速系統(tǒng)是針對(duì)實(shí)驗(yàn)室無(wú)軸承高頻電機(jī)用，主要完成了一些基本功能，比如頻率的設(shè)定與顯示，低速時(shí)轉(zhuǎn)距補(bǔ)償功能等，程序不是特別復(fù)雜，設(shè)計(jì)程序近2000行，廾對(duì)程序進(jìn)行了測(cè)試，證明程序運(yùn)行良好。本文變頻調(diào)速系統(tǒng)中的整個(gè)程序主要由主程序、鍵盤(pán)程序、顯示程序、PWM程序、故障保護(hù)中斷程序等組成。3.l主程序和故障保護(hù)中斷程序主程序是整個(gè)程序的最主要部分，它完成了變頻器的主要功能，它的流程圖如圖3(a)所示。程序初始化部分主要包括：I/O口的初始化，波形發(fā)生器的初始化，定時(shí)計(jì)數(shù)器的初始化，SPl的初始化，MAX7219的初始化等。讀數(shù)到內(nèi)部寄存器，就是把常用的數(shù)據(jù)讀人到內(nèi)部寄存器，縮短DSP處理時(shí)間，更好地實(shí)現(xiàn)實(shí)?夾浴Ｉ瓚ㄆ德蝕?理，就是判斷按鍵所給定的值，判別所設(shè)定的頻率誰(shuí)是最終的目標(biāo)頻率。頻率顯示部分，就是把最終目標(biāo)頻率，按常規(guī)以千位、百位、十位、個(gè)位通過(guò)LED顯示出來(lái)。運(yùn)行控制就是根據(jù)RUN鍵來(lái)決定是否啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。在硬件設(shè)計(jì)上，采用的是富士公司的第三代智能功率模塊IPM，它的內(nèi)部本身就集成廠過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱、控制電壓欠壓、短路等的輸出報(bào)警功能，通過(guò)光耦隔離后送入到DSP的外部中斷源引腳PDPINT，完成相應(yīng)的保護(hù)功能，具體流程圖如圖3(b)所示。

圖3：主程序和保護(hù)程序流程。3.2SVPWM中斷子程序PWM中斷子程序是整個(gè)控制器工作的關(guān)鍵程序，空間電壓矢量調(diào)制的完成就是靠它來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體的流程圖如圖4所示。PWM發(fā)生程序主要完成如下的功能：電機(jī)運(yùn)行時(shí)頻率的動(dòng)態(tài)顯示，根據(jù)主程序中所給定的目標(biāo)頻率，可以得到角速度ω，ω經(jīng)過(guò)積分運(yùn)算可以得到usref的角度θ，然后計(jì)算usref在兩相靜止坐標(biāo)系α，β軸上的投影usα及usβ，有了θ可以同時(shí)計(jì)算出參考電壓矢量所在的扇區(qū)/N，根據(jù)已知量由公用值求取兩相鄰電壓矢量的作用時(shí)間T1、T2和T0，然后給DSP內(nèi)部的3個(gè)全比較寄存器CMPRx（x=1，2，3)進(jìn)行賦值，產(chǎn)生相應(yīng)的5VPWM波形。4實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)前面介紹的系統(tǒng)硬件電路和軟件控制算法，對(duì)制作的原理樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)測(cè)試了異步電動(dòng)機(jī)空載穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況，以此來(lái)檢測(cè)原理樣機(jī)的可行性，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了波形記錄，300Hz穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)其PWM控制波形和測(cè)得的異步電機(jī)實(shí)測(cè)線(xiàn)電壓波形如圖5所示。

圖5：300Hz時(shí)控制器輸出的控制波形和實(shí)測(cè)電機(jī)線(xiàn)電壓波形。實(shí)驗(yàn)用高頻電機(jī)的參數(shù)如下：額定電壓Un=220V，額定電流In=1.5A，額定頻率f=400Hz，異步電機(jī)的極對(duì)數(shù)=1，額定功率Pe=800W，額定空載電流0.75A。5結(jié)語(yǔ)以TMS320F240數(shù)字信號(hào)處理器為核心構(gòu)成的數(shù)字控制器是一個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以完成信號(hào)的檢測(cè)、濾波、整形，核心算法的實(shí)時(shí)完成以及驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生，系統(tǒng)的監(jiān)控、保護(hù)等功能，相對(duì)于一般的單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)，它的處理速度快、實(shí)時(shí)性能比較好，也易于選擇和配合，同時(shí)集測(cè)量、監(jiān)控、保護(hù)于一身，可與上位機(jī)通信，具有很高的使用價(jià)值?；贒SP控制的三相AC/AC變頻器控制方案的研究引言AC/AC變頻器是指直接將較高固定頻率的電壓變換為頻率較低而輸出電壓幅值可變的變換器。為了使輸出電壓的諧波減到最小,要求在交流傳動(dòng)中應(yīng)用的變頻器輸出電壓的波形盡可能接近于正弦,那么就要對(duì)反并聯(lián)變換器的觸發(fā)延遲角連續(xù)進(jìn)行交變的相位調(diào)制。近年來(lái),微處理器的迅猛發(fā)展使數(shù)字化的交-交變頻器在電力拖動(dòng)中的應(yīng)用日益廣泛，本文以TI公司的DSP芯片TMS320F240為核心來(lái)研究三相交-交變頻器的各種控制方案,并且比較了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。本系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)包括主回路、晶閘管驅(qū)動(dòng)電路、I/O擴(kuò)展電路、數(shù)據(jù)采集電路。由數(shù)據(jù)采集電路產(chǎn)生換組的零電流信號(hào)和三相同步信號(hào)。捕獲中斷口CAPINT1每隔60o(10/3ms)捕捉電源的同步信號(hào),進(jìn)入同步信號(hào)中斷程序,結(jié)合I/O端口PB1、PB2、PB3所處的狀態(tài),就可以確定相應(yīng)的同步波波頭值以判相定管。I/O端口PC0、PC1、PC2檢測(cè)三相電流的過(guò)零檢測(cè)信號(hào),當(dāng)過(guò)零信號(hào)有效時(shí),進(jìn)入相應(yīng)的換組子程序,進(jìn)行換組。在觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻，這時(shí)將編碼通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)輸出到I/O擴(kuò)展電路以觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管。以此硬件電路作為基礎(chǔ)介紹了幾種控制方法編寫(xiě)程序,并比較了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。1逐點(diǎn)比較法

圖1：比較法確定的換相時(shí)刻圖。電網(wǎng)換相AC/AC變頻器的交流輸出電壓是由其各相輸入電壓波形的各個(gè)片段組合而成的。理想的調(diào)制方法應(yīng)能使輸出電壓的瞬時(shí)值與正弦波形的差值保持最小。設(shè)要求輸出的基準(zhǔn)電壓,輸出的三相交流線(xiàn)電壓波形為u1,u2,如圖1所示。只要原先導(dǎo)通相u1比相繼導(dǎo)通相u2更接近要求輸出的理想電壓,即(uR-u1)<(u2-uR)得uR<(u1+u2)/2,則u1應(yīng)繼續(xù)出現(xiàn)在輸出端。當(dāng)uR=(u1+u2)/2,則由u1轉(zhuǎn)換到u2。以自然換相點(diǎn)作為起點(diǎn),則則當(dāng)觸發(fā)角為a時(shí),要求因此,對(duì)于脈波的交-交變頻器,以各晶閘管觸發(fā)延遲角a=0為起點(diǎn)的一系列余弦同步電壓與理想輸出電壓的交點(diǎn)為觸發(fā)點(diǎn),即可滿(mǎn)足輸出的電壓波形與正弦電壓相差最小的要求。逐點(diǎn)比較法就是在DSP內(nèi)存中制作表格,用查表法產(chǎn)生同步波和基準(zhǔn)電壓波,然后不斷地循環(huán)比較。當(dāng)兩者的值相等時(shí),立即觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管。只要DSP的采樣間隔取得足夠小,通過(guò)比較就可以得到精確的交點(diǎn)。2直線(xiàn)近似余弦交點(diǎn)法查表法控制算法簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn),但占用很大的計(jì)算資源,大量的時(shí)間用于比較操作,而一個(gè)輸出電壓周期中真正得到的交點(diǎn)很少,并且要達(dá)到一定的精度,需大量表格,內(nèi)存占用量較大。為了避免DSP不斷循環(huán)查表耗費(fèi)大量時(shí)間,利用其CAPINT1捕獲公共同步信號(hào),每隔3.3ms向DS申請(qǐng)中斷。在中斷服務(wù)子程序中完成交點(diǎn)的計(jì)算程序得到觸發(fā)角對(duì)應(yīng)的定時(shí)值,并啟動(dòng)計(jì)數(shù)器。在余弦交點(diǎn)法的原理中用直線(xiàn)代替余弦波和電壓基準(zhǔn)波,可以得到下面的圖形,如圖2所示。

圖2：近似直線(xiàn)的同步波形和基準(zhǔn)波形。波形簡(jiǎn)化后,以基準(zhǔn)電壓正相過(guò)零點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系。設(shè)同步波的幅值為1,基準(zhǔn)電壓波的幅值范圍為[-1,+1]。要輸出的電壓幅值和頻率給定后,其波形的斜率為4rf,同步波頻率不變,它的斜率是固定的200。已知O點(diǎn)和觸發(fā)點(diǎn)P點(diǎn)的瞬時(shí)值分別為x,y,則解直線(xiàn)方程組:y=4rf(1)y=200t+b(2)可以求得y=(50xrf)/(50rf)ta=(1-y)/200式中ta為延遲角a對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。將DSP的TPINT1周期設(shè)置為T(mén)min=20/29ms用來(lái)表示最小的定時(shí)單位ta轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的定時(shí)量。在TPINT1中斷中,給各個(gè)定時(shí)變量進(jìn)行減計(jì)數(shù)操作。當(dāng)減計(jì)數(shù)值到零時(shí),立即根據(jù)波頭值觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管。具體實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)參考文獻(xiàn)。3規(guī)則采樣法在余弦交點(diǎn)法實(shí)現(xiàn)的AC/AC變頻器中,有算法較為復(fù)雜和其輸出的基波電壓幅值較小的缺點(diǎn)。從采樣控制的角度看,對(duì)輸入基準(zhǔn)波的采樣值只是在交點(diǎn)處才是有效的,所以可以把各交點(diǎn)看成是采樣點(diǎn)?。因此,采樣點(diǎn)是不等距、不規(guī)則的。由此使得輸出波形的高次諧波成分加大。規(guī)則采樣法是在每個(gè)采樣點(diǎn)(選自然換相點(diǎn))采樣基準(zhǔn)波電壓值,然后計(jì)算由該電壓值所對(duì)應(yīng)的觸發(fā)控制角,以該觸發(fā)角觸發(fā)下一相晶閘管。如圖3所示,上部是一組橋的輸出電壓波形圖,下部是同步電壓和基準(zhǔn)電壓的波形圖。

圖3：基準(zhǔn)波采樣點(diǎn)和同步波觸發(fā)點(diǎn)。系統(tǒng)在自然換相點(diǎn)采樣基準(zhǔn)波得到的采樣值,如圖中1、2、3、------,各點(diǎn),然后按這些采樣值在同步電壓波上計(jì)算相應(yīng)的觸發(fā)控制角,如圖中1'、2'、3'、------,各點(diǎn)。這些點(diǎn)就是要求的換相點(diǎn)。本系統(tǒng)采用給定基準(zhǔn)波幅值和頻率,然后查正弦表得到采樣點(diǎn)的基準(zhǔn)波瞬時(shí)值。正弦函數(shù)按等時(shí)間間隔(3.3ms)離散化,依次存在DSP內(nèi)存的256個(gè)單元中。DSP響應(yīng)電源同步信號(hào)中斷(即自然換相點(diǎn))時(shí),按步長(zhǎng)A(即地址差)查表,每查一次瞬時(shí)值,將查表地址遞增A。當(dāng)查表地址遞增到256時(shí)便完成一次循環(huán),對(duì)應(yīng)的時(shí)間等于一個(gè)輸出周期T0,所以變頻器的輸出頻率與查表步長(zhǎng)之間的關(guān)系為：由上式可見(jiàn),fo與A成正比,改變A即可改變輸出頻率實(shí)現(xiàn)變頻。查表得到的瞬時(shí)值乘以K值即可改變輸出電壓幅值,以實(shí)現(xiàn)變壓。然后根據(jù)瞬時(shí)值查同步電壓波的反余弦函數(shù)表,得到觸發(fā)角的值,轉(zhuǎn)化成DSP的定時(shí)量。定時(shí)到,則觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管。為了使變頻器輸出對(duì)稱(chēng),三相給定的正弦函數(shù)互差To/3,并與各自的反組正弦函數(shù)波成軸對(duì)稱(chēng)。用表地址描述的時(shí)間軸即0、To/3、To/2、To時(shí)刻分別對(duì)應(yīng)于表地址：××00H、××55H、××7FH、××FFH。所以只需制作一張正弦函數(shù)表,三相查取給定電壓波瞬時(shí)值的地址始終互差55H,這樣就實(shí)現(xiàn)了三相對(duì)稱(chēng)輸出。4實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4：阻感負(fù)載的電壓電流波形。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,采用此算法的系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,調(diào)制的頻率可按照設(shè)定要求輸出,電流過(guò)零死區(qū)小于1ms,滿(mǎn)足控制要求,電壓電流波形比前兩種控制策略所得波形更佳,并且由于規(guī)則采樣減少了輸出波形中的次諧波含量,從而可以擴(kuò)大AC/AC變頻器輸出頻率的上限。變頻器在中央空調(diào)中的應(yīng)用中央空調(diào)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中央空調(diào)的用電量占各類(lèi)大廈總用電量的70%以上。中央空調(diào)主要是由風(fēng)機(jī)和水泵組成，采用變頻調(diào)速技術(shù)不僅能使商場(chǎng)室溫維持在所期望的狀態(tài)，讓人感到舒適滿(mǎn)意，更重要的是其節(jié)能效果高達(dá)30%以上，能帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。一、中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理它主要由制冷機(jī)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)和散熱水塔組成。其工作原理如圖1示：

圖1制冷機(jī)通過(guò)壓縮機(jī)將制冷劑壓縮成液態(tài)后送蒸發(fā)器中與冷凍水進(jìn)行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍水泵將冷凍水送到各風(fēng)機(jī)風(fēng)口的冷卻盤(pán)管中，由風(fēng)機(jī)吹送冷風(fēng)達(dá)到降溫的目的。經(jīng)蒸發(fā)后的制冷劑在冷凝器中釋放出熱量，與冷卻循環(huán)水進(jìn)行熱交換，由冷卻水泵將帶來(lái)熱量的冷卻水泵到散熱水塔上由水塔風(fēng)扇對(duì)其進(jìn)行噴淋冷卻，與大氣之間進(jìn)行熱交換，將熱量散發(fā)到大氣中去。二、對(duì)中央空調(diào)的變頻調(diào)速節(jié)能改造1．系統(tǒng)組成用艾默生變頻器對(duì)中央空調(diào)進(jìn)行改造，可以組成如下系統(tǒng)，如圖2所示：

圖2：中央空調(diào)的變頻調(diào)速改造圖。在該系統(tǒng)中，冷凍泵、冷卻泵、水塔風(fēng)扇變頻器采用開(kāi)環(huán)控制，由維護(hù)人員根據(jù)季節(jié)不同和負(fù)荷的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)；風(fēng)機(jī)采用溫度閉環(huán)控制，可根據(jù)溫度傳感器的反饋值，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使被控環(huán)境溫度基本保持恒定。原理圖如下所示：艾默生的TD2000系列P型變頻器適用于風(fēng)機(jī)和水泵的控制，能根據(jù)負(fù)載情況，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。并且其內(nèi)置PID功能，無(wú)需借助其它控制器便可完成溫度等參量的閉環(huán)自動(dòng)控制。TD2000變頻器還提供了RS232/RS485串行接口，以便與中央控制室的微機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，使維護(hù)人員及時(shí)了解各變頻器的工作狀態(tài)。三、綜合效益預(yù)測(cè)1)顯著的節(jié)電效果，良好的經(jīng)濟(jì)效益；2)使室溫維持恒定，讓人感到舒適；3)操作方便，維護(hù)量?。?)變頻調(diào)速使電機(jī)大多數(shù)時(shí)間運(yùn)行在工頻之下，減少了環(huán)境噪音，并減輕了電機(jī)軸承磨損。丹佛斯VLT變頻器在紡織機(jī)械中的應(yīng)用轉(zhuǎn)杯紡機(jī)的主要電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理如下：

圖3：轉(zhuǎn)杯紡機(jī)的主要電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理。上圖所示系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞過(guò)程如下：由電網(wǎng)供電的三相異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶拖動(dòng)同步發(fā)動(dòng)機(jī),同步發(fā)電機(jī)發(fā)出約280V的三相電壓,通過(guò)三相中頻變壓器變?yōu)?0V電壓,然后供給三相微型紡杯電機(jī)。同步發(fā)電機(jī)的輸出頻率是通過(guò)改變同步發(fā)電機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比來(lái)調(diào)整的。其常備可調(diào)頻率為600Hz、700Hz、800Hz、900Hz和1000Hz。為非連續(xù)性調(diào)整。牽伸系統(tǒng)和喂料系統(tǒng)的速度系根據(jù)工藝要求而單獨(dú)調(diào)整的。在該系統(tǒng)中,紡杯電機(jī)的轉(zhuǎn)速須嚴(yán)格與喂料系統(tǒng),牽伸系統(tǒng)的速度同步,方能保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。且不同的產(chǎn)品規(guī)格要求不同的紡杯速度,牽伸比和喂料速度。因此,紡杯速度的穩(wěn)定度,以及紡杯速度和牽伸速度,喂料速度的比值的可調(diào)整性和精度則直接決定了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。上述傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)杯紡機(jī)存在的主要問(wèn)題有：電網(wǎng)參數(shù)變化引起異步電機(jī)轉(zhuǎn)速變化,進(jìn)而引起同步發(fā)電機(jī)輸出頻率的漂移,造成紡杯轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，中頻機(jī)組的輸出頻率以100Hz為單位,不能連續(xù)可調(diào)，系統(tǒng)的工藝調(diào)整性差，系統(tǒng)效率極差，產(chǎn)品成本巨大，中頻機(jī)組故障率高，占地面積大，噪音十分嚴(yán)重，對(duì)轉(zhuǎn)杯紡機(jī)進(jìn)行改造的主要手段之一是采用變頻調(diào)速器替代傳統(tǒng)的中頻機(jī)組。

圖4使用變頻器替代中頻機(jī)組,能夠徹