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變頻電源范文第1篇

論文關(guān)鍵詞：低壓；變頻電動(dòng)機(jī)；繞組型式；成型繞組

論文摘要：文章根據(jù)變頻電機(jī)電源的特點(diǎn)，分析了散下繞組、成型繞組和半成型繞組耐脈沖電壓沖擊功能、電氣性能、制造難度、生產(chǎn)成本及它們對(duì)中型低壓變頻電動(dòng)機(jī)的實(shí)用性和可靠性的影響。

中型（鐵芯外徑Ф500～Ф1000）、低壓（380V～1140V或1650V）一般電動(dòng)機(jī)輸出功率都比較大。通常電源由交流電網(wǎng)供給，電壓穩(wěn)定，波形基本為正弦波，諧波很少，除大氣過電壓或開關(guān)操作過電壓等事故狀態(tài)外，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間很少受電壓波動(dòng)的沖擊。其定子繞組型式，以前JBR和一些大電流曾采用成型線圈，早年380V的JS、JS2采用半成型線圈，近年來多采用散下線的迭繞或同心繞組。如380V的Y和Y2315-355、380V～690V的IMJ315-450和ILA8315-450等。而變頻電機(jī)一般由逆變器供電，電壓多含高脈沖高頻率諧波，文章將著重討論中型低壓變頻電動(dòng)機(jī)的繞組形式。

一、中型低壓變頻電動(dòng)機(jī)電源的特點(diǎn)

一般變頻電動(dòng)機(jī)多采用晶體管逆變器供電，晶體管逆變器采用高頻率脈沖，脈沖升降時(shí)間很短，從而在電機(jī)繞組中產(chǎn)生高電壓諧波，電壓脈沖峰值比標(biāo)準(zhǔn)額定電壓高得多，因而線圈匝間和相間以及同相線圈間的電壓應(yīng)力可能非常高。有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)：380V電動(dòng)機(jī)相間脈沖電壓達(dá)1000V～1100V，相首線圈的脈沖電壓達(dá)700V～900V，線圈間脈沖電壓達(dá)650V～900V；500V電壓的變頻電動(dòng)機(jī)的電壓應(yīng)力，相間脈沖電壓達(dá)1200V～1400V，相首線圈的脈沖電壓達(dá)900V～1000V，線圈間脈沖電壓達(dá)8000V～1000V。電壓脈沖峰值與電動(dòng)機(jī)額定電壓呈正相關(guān)關(guān)系，電壓脈沖在繞組線圈中傳播逐漸衰減。“Δ”接線繞組相首相尾的匝間以及相鄰相間的線圈端部，是脈沖高壓的最危險(xiǎn)受害部位。因此，提高中型低壓電動(dòng)機(jī)繞組耐電壓脈沖應(yīng)力的問題不容忽視。

二、中型低壓變頻電機(jī)繞組型式的評(píng)價(jià)

（一）散下圓銅線繞組

由于圓銅線散下繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、下線工藝傳統(tǒng)化；散下線繞組端部短、用銅少、電阻和漏抗小；與散下線相配套的半閉口槽槽口相對(duì)較小，對(duì)降低齒諧波幅值、均衡氣隙磁場(chǎng)、改善電機(jī)性能、降低溫升、提高出力等有利，所以一般中型低壓的普通電機(jī)經(jīng)常采用，一些小功率變頻電機(jī)也采用圓銅線散下繞組。

因電動(dòng)機(jī)功率大、電源電壓低、電流很大，線圈導(dǎo)線并繞根數(shù)多達(dá)70多根，匝數(shù)少至2～3匝，匝間工作電壓高。如采用2級(jí)漆包圓銅線線制作線圈，因漆包線或多或少都存在一些小針孔，加上制造工藝的損傷，匝間工作電壓高和散下在槽內(nèi)的線圈首匝與末匝相碰的機(jī)遇較多，匝間進(jìn)行耐壓試驗(yàn)或運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)一些電機(jī)發(fā)生匝間短路故障。

即使采用3級(jí)漆包線（所謂變頻電機(jī)專用線），絕緣層加大了導(dǎo)線的安全距離，但漆層的小孔仍難以杜絕，加厚的漆層在制造期間易變脆，使用期間出現(xiàn)老化變得越來越脆，容易產(chǎn)生危險(xiǎn)的裂紋。當(dāng)浸漬漆填充不好的氣隙、針孔或后發(fā)生的裂紋處就很可能在高頻脈沖電壓下發(fā)生放電甚至局部出現(xiàn)電暈，使線圈絕緣加速老化、擊穿或燒毀，降低了中型低壓變頻電動(dòng)機(jī)的可靠性。繞組的過早損壞將縮短中型低壓變頻電機(jī)的壽命，有的運(yùn)行一、二年，甚至幾個(gè)月就出現(xiàn)損壞。21寫作秘書網(wǎng)

（二）成型繞組

成型繞組一般是用扁線繞繞制，經(jīng)漲型、整型、壓型、包絕緣等工序，一根扁線的截面積比散下繞組一根Φ1.5～Φ1.6圓線的截面積大得多，因而導(dǎo)體的并繞根數(shù)也少得多，導(dǎo)線絕緣占槽面積少；扁線的4個(gè)圓角所空的面積比并繞多根圓線四角所空的面積少得多，槽的有效填充系數(shù)高。成型繞組扁線排列比散下繞組的圓線整齊，杜絕首匝碰末匝或隔匝相鄰的現(xiàn)象，匝間絕緣容易保證，相首相尾線圈加強(qiáng)匝間絕緣也容易做到。槽內(nèi)上下層線圈和繞組端部的線圈之間和相間都有一定的間隙，絕緣容易保證。因此，成型繞組是提高變頻電動(dòng)機(jī)耐電壓脈沖應(yīng)力最好的繞組型式之一。但是，成型繞組的端部較長(zhǎng)，用銅量多，電阻電抗大，銅耗大。與成型繞組配套的開口槽對(duì)氣隙磁場(chǎng)的均勻分布影響較大，使齒諧波幅值增大，附加鐵耗高，電動(dòng)機(jī)效率較低。開口槽的卡氏系數(shù)大，加大了有效氣隙長(zhǎng)度，導(dǎo)致功率因數(shù)不高，鐵芯長(zhǎng)，用鐵量大。總之，電動(dòng)機(jī)性能相對(duì)較差，制造成本較高。

（三）半成型繞組配套半開口槽或小半開口槽

半成型繞組是指一個(gè)槽內(nèi)每層一般并排放置兩個(gè)半線圈，每半個(gè)線圈用扁線繞制，經(jīng)漲型、整形、壓型、定型（包扎固定或加包一層絕緣）等工序，主絕緣象散下線一樣放置在槽內(nèi)。扁線并繞的根數(shù)也比圓線少得多，槽的有效填充系數(shù)也挺高，導(dǎo)線排列也很整齊，也沒有首匝末匝相碰或隔匝相鄰的現(xiàn)象，匝間絕緣得以保證，相首相末加強(qiáng)匝間絕緣也容易實(shí)現(xiàn)，上下層線圈和繞組端部以及相間也有一定間隙，完全可以提高變頻電動(dòng)機(jī)耐電壓脈沖的能力。

半成型繞組端部較散下繞組長(zhǎng)，但比成型繞組短，槽口寬度在壯半閉口與開口槽之間，鐵芯長(zhǎng)也在兩者之間，用銅量、用鐵量、銅耗、鐵耗、電動(dòng)機(jī)效率、功率因數(shù)和電動(dòng)機(jī)制造成本也都在兩面三刀者之間。

三、結(jié)論

從以上對(duì)比分析得知，雖然成型繞組對(duì)提高耐電壓脈沖應(yīng)力最好甚至功能過剩，但其銅鐵用量大、成本高。而散下繞組雖然制造成本低、電機(jī)性能較好，但存在耐電壓脈沖功能不足的致命弱點(diǎn)，使電機(jī)可靠性差、壽命短。綜合電動(dòng)機(jī)性能、溫升、生產(chǎn)難易程度、成本、特別是耐電壓脈沖的能力和可靠程度等方面，半成型繞組的功能綜合對(duì)比不失為中型低壓變頻電動(dòng)機(jī)的最佳選擇。

實(shí)際生產(chǎn)中，有些電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商在額定電壓690V、額定頻率50HZ、功率范圍為110～1400KW的H355-560變頻調(diào)速電機(jī)中，就采用半成型繞組，生產(chǎn)了許多規(guī)格，并取得了良好效果。

參考文獻(xiàn)

[1]Y.SHIBUYA，等．沖擊電壓及反復(fù)作用下繞組絕緣的惡化[J]．國(guó)外大電機(jī)，1995，（2）．

[2]李振宇，等．變頻電動(dòng)機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)[J]．防爆電機(jī)，2002，（4）．

[3]胡文華．淺變頻電機(jī)導(dǎo)線變損的原因[J]．防爆電機(jī)，2002，（2）．

變頻電源范文第2篇

關(guān)鍵詞：二次回路；漏電保護(hù)器；中性線N；保護(hù)接地；

1．問題的提出

VPSF變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置（以下簡(jiǎn)稱試驗(yàn)裝置）是普遍用于電力、冶金、石油、化工等行業(yè)110kV電纜、變壓器、互感器等電氣耐壓的試驗(yàn)裝置。VPSF變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)方法是根據(jù)串聯(lián)諧振的原理[1]，通過改變?cè)囼?yàn)回路的試驗(yàn)頻率，使得回路的串聯(lián)電抗器的電感L和試品的電容Ck發(fā)生串聯(lián)諧振，諧振電壓就是加在被試電氣設(shè)備的電壓。由于試驗(yàn)回路中試品上的大部分容性電流與電抗器上的感性電流相抵消，電源供給的能量?jī)H為回路中消耗的有功功率，為試品容量的1/Q(Q為回路的品質(zhì)因數(shù))。因此試驗(yàn)裝置的電源容量很小，使得裝置本身的重量輕便。所以，裝置的輕便性和實(shí)用性都是傳統(tǒng)工頻耐壓裝置所無法比擬的。

三相橋式連接變頻器的作用是將三相主電源電壓轉(zhuǎn)換成為可調(diào)幅方波電壓。通過主回路開關(guān)取得三相線電壓傳送到6脈沖轉(zhuǎn)換器整流，然后提供給電容組。方波輸出電壓由轉(zhuǎn)換橋以需要的輸出頻率產(chǎn)生，輸出電壓的有效值通過調(diào)整脈沖寬度實(shí)現(xiàn)無級(jí)可調(diào)。

試驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)是變頻諧振系統(tǒng)的核心模塊，包含了所有的電子及控制回路，它集中放在控制柜中，試驗(yàn)裝置的操作屏在控制柜的上方，操作人員通過控制柜可以控制所有的功能及讀取最新的測(cè)量值(電壓、頻率、電流)，以及顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。所有的控制信號(hào)由微處理器產(chǎn)生，在它的控制下系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)預(yù)設(shè)頻率，或者自動(dòng)將輸出頻率調(diào)整到諧振頻率，以達(dá)到用小電流低電壓來控制大電流高電壓的目的。

由于控制系統(tǒng)需要220V的單相電源[2]，這就需要從三相線電壓中抽出其中一相和中性線N組成一組電壓，供給控制系統(tǒng)的微處理器和其他相關(guān)的二次回路工作電源及控制電源。而三相橋式連接變頻器則仍然需要三相線電壓，這種接線方式就會(huì)造成當(dāng)試驗(yàn)裝置的主電源合閘后，交流380V的其中一相電流會(huì)經(jīng)過試驗(yàn)裝置的二次回路及地流壓器的中性線N，則在漏電保護(hù)器的內(nèi)部回路中就表現(xiàn)為線路單相接地而動(dòng)作漏電保護(hù)器分閘，從而造成VPSF變頻試驗(yàn)裝置無法工作。

所以在實(shí)際的接線過程中，試驗(yàn)人員往往會(huì)繞過漏電保護(hù)器接電，這種接線方式能夠正常操作試驗(yàn)裝置，但是卻造成了試驗(yàn)裝置設(shè)備和操作人員的安全隱患，比如：

（1）當(dāng)輸入的電源線或試驗(yàn)裝置發(fā)生單相接地短路時(shí)，由于沒有漏電保護(hù)器的保護(hù)而不會(huì)動(dòng)作分閘，造成三相電壓不平衡，使試驗(yàn)裝置無法正常工作，長(zhǎng)時(shí)間電源單相接地還可能會(huì)引起火災(zāi)等事故。

（2）如果在試驗(yàn)工作中發(fā)生人員單相觸電事故，由于沒有通過漏電保護(hù)器，只能靠空氣開關(guān)、熔斷器等保護(hù)電器動(dòng)作分閘，而它們動(dòng)作電流比漏電保護(hù)器大的多，動(dòng)作有一定的延時(shí)，而不能可靠和迅速的切斷，造成人員傷亡事故。

（3）如果輸入電源是從臨時(shí)的配電變壓器引入，還可能會(huì)因?yàn)樵囼?yàn)裝置的接地點(diǎn)與配電變壓器的接地點(diǎn)之間的接地電阻大而造成試驗(yàn)設(shè)備二次回路電壓過低而無法正常啟動(dòng)。

2．漏電保護(hù)器動(dòng)作原理[3]

為能說明這個(gè)問題，需要介紹一下漏電保護(hù)器的動(dòng)作原理。下面就漏電保護(hù)器在供電系統(tǒng)中的工作原理。

圖1是三相四線制供電系統(tǒng)的漏電保護(hù)器工作原理示意圖。TA為零序電流互感器，QF為主開關(guān)，TQ為主開關(guān)的分勵(lì)脫扣器線圈。在被保護(hù)電路工作正常，沒有發(fā)生漏電或觸電的情況下，由基爾霍夫定律可知，通過TA一次側(cè)的電流相量和IΣ等于零，這使得TA鐵芯中的磁通的相量和ФΣ也等于零。這樣TA 的二次側(cè)不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，漏電保護(hù)器不動(dòng)作，系統(tǒng)保持正常供電。

                                  

當(dāng)被保護(hù)電路發(fā)生漏電或有人觸電時(shí)，由于漏電電流的存在，通過TA一次側(cè)各相電流的相量和IΣ不再等于零，產(chǎn)生了漏電電流IX ，這使得TA鐵心中的磁通相量和ФΣ也不再等于零，相應(yīng)的產(chǎn)生了漏磁通ФX ，此時(shí)在鐵心中也就出現(xiàn)了交變磁通。在交變磁通作用下，TQ二次側(cè)線圈就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，此漏電信號(hào)經(jīng)中間環(huán)節(jié)進(jìn)行處理和比較，當(dāng)達(dá)到預(yù)定值時(shí)，使主開關(guān)分勵(lì)脫扣器線圈TQ通電，驅(qū)動(dòng)主開關(guān)QF自動(dòng)跳閘，切斷故障電路，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

3．VPSF變頻試驗(yàn)裝置輸入電源改進(jìn)方法

根據(jù)上述的VPSF變頻試驗(yàn)裝置的輸入電源情況分析，最主要的問題在于220V單相電源的中性線N的接線方式，如果把交流380V三相電源接在漏電保護(hù)器的下樁頭，中性線N直接接地，就會(huì)造成漏電保護(hù)器誤動(dòng)作。而把交流380V三相電源繞過漏電保護(hù)器接在閘刀的下樁頭，雖然變頻試驗(yàn)裝置能夠正常的工作，負(fù)荷電流過大或者發(fā)生相間短路也能正常切斷輸入電源，但是在輸入電源或試驗(yàn)裝置發(fā)生單相接地和人員發(fā)生觸電事故的時(shí)候，都不能正常動(dòng)作分閘，造成了設(shè)備和人身的事故隱患。所以試驗(yàn)裝置的輸入電源需要做一定的改進(jìn)。

⑴要保證漏電保護(hù)器能夠被接入輸入電源的回路中，這就需要把中性線N與保護(hù)接地分開，把交流380V三相電源和中性線N都從漏電保護(hù)器下樁頭接入到VPSF變頻試驗(yàn)裝置的電源側(cè)，使整個(gè)220V單相回路不通過大地構(gòu)成環(huán)流。這里還需要說明的就是中性線N相也必須保持和其他三相380V電源同等的對(duì)地絕緣水平，這是因?yàn)槿绻芈钒l(fā)生單相接地，根據(jù)變壓器繞組Y型接法，其接地相的電壓為零，其他兩相的電壓升為線電壓，此時(shí)中性點(diǎn)會(huì)發(fā)生漂移，中性線N對(duì)地就會(huì)產(chǎn)生一定的電壓，故中性線N也必須具備一定的絕緣。

⑵由于電源回路的中性線N與試驗(yàn)裝置操作箱絕緣了，如果在試驗(yàn)過程中高壓回路發(fā)生擊穿，高電壓串入到低壓回路中，就會(huì)使試驗(yàn)裝置外殼帶電，危及試驗(yàn)人員的生命安全，所以還需要在試驗(yàn)裝置操作箱外殼上安裝直接接地點(diǎn)，把保護(hù)接地線直接接在這個(gè)接地點(diǎn)上。同時(shí)為了保持操作箱內(nèi)的電位穩(wěn)定和和保護(hù)電子元器件的安全，還必須將試驗(yàn)裝置操作箱內(nèi)部的接地點(diǎn)統(tǒng)一引到操作箱外殼上的接地點(diǎn)上接地。

通過以上的兩點(diǎn)對(duì)VPSF變頻試驗(yàn)裝置的電源改進(jìn)，使試驗(yàn)裝置既能在正常的情況下安全的使用，也能在發(fā)生單相接地事故、相間短路事故等事故中可靠的切斷電源。保證了工作人員的生命安全和設(shè)備的安全。

參考文獻(xiàn):

[1] 蔡翊濤。變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)方法的應(yīng)用。《變壓器》2005年第10期。

變頻電源范文第3篇

風(fēng)機(jī)、水泵等領(lǐng)域中交流電機(jī)傳動(dòng)的應(yīng)用越來越廣泛。常見的是鼠籠異步電動(dòng)機(jī)

或繞線異步電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)需要調(diào)速，而變頻調(diào)速是最理想的。傳統(tǒng)的

變頻調(diào)速系統(tǒng)中變頻器容量與交流機(jī)容量相當(dāng)或稍大，因此系統(tǒng)復(fù)雜而且投資

大，對(duì)電網(wǎng)諧波污染也大。無刷雙饋電機(jī)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固可靠、異同步通

用的電機(jī)，可在無刷情況下實(shí)現(xiàn)雙饋。它具有功率因數(shù)可調(diào)、高效率的特點(diǎn)，可

應(yīng)用于調(diào)速系統(tǒng)和變速恒頻恒壓發(fā)電系統(tǒng)中。本文以籠型轉(zhuǎn)子型式的無刷雙饋電

機(jī)為對(duì)象，對(duì)無刷雙饋電機(jī)的運(yùn)行原理、控制電路設(shè)計(jì)和控制方法等方面進(jìn)行了

深入的研究。

關(guān)鍵詞：無刷雙饋電機(jī)控制電路變頻

1 概述

在電氣傳動(dòng)的發(fā)展過程中，根據(jù)在完成電能－機(jī)械能的轉(zhuǎn)換過程中所用的執(zhí)行部件－直流電動(dòng)機(jī)或交流電動(dòng)機(jī)的不同，通常將其分為直流電氣傳動(dòng)和交流電氣傳動(dòng)兩大類[1]。

20世紀(jì)以來，在需要可逆、可調(diào)速與高性能的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中，由于直流電動(dòng)機(jī)與交流電動(dòng)機(jī)相比較，它在技術(shù)上更容易滿足生產(chǎn)中對(duì)電氣傳動(dòng)在啟動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)方面的高要求，所以直流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)占據(jù)統(tǒng)治地位。

但直流電機(jī)通過金屬換向器換流，存在自身機(jī)械和電氣方面的弱點(diǎn)，維護(hù)量大，且存在環(huán)流火花，在安全性能要求高的應(yīng)用場(chǎng)合不能使用。隨著電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展以及各種高性能電力電子元器件產(chǎn)品的出現(xiàn)，阻礙交流電動(dòng)機(jī)迅速發(fā)展的一些因素相繼被克服，在原直流電動(dòng)機(jī)領(lǐng)先的一些性能上，如寬廣的調(diào)速范圍、較高的穩(wěn)速精度、快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和四象限運(yùn)行等方面，交流電動(dòng)機(jī)都能與直流電動(dòng)機(jī)相媲美。又由于交流電動(dòng)機(jī)本身具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、經(jīng)濟(jì)可靠和慣性小等優(yōu)點(diǎn)，可適用于直流電動(dòng)機(jī)無法比擬的場(chǎng)合。因此，交流電動(dòng)機(jī)在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中占有越來越重要的地位，并己發(fā)展成機(jī)電一體化的電氣傳動(dòng)技術(shù)。

在交流電動(dòng)機(jī)中，籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉和運(yùn)行可靠等眾多優(yōu)勢(shì)在交流調(diào)速系統(tǒng)中得到了普遍使用。然而，由于籠型電機(jī)所需的變頻驅(qū)動(dòng)裝置的容量要大于電機(jī)的額定功率，其價(jià)格是電機(jī)價(jià)格的二到三倍，特別是高壓變頻裝置，價(jià)格更是電機(jī)的十幾倍，因此限制了其在大容量范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用。而同時(shí)通過對(duì)另一種繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)的研究，了解到它控制的是具有轉(zhuǎn)差頻率的轉(zhuǎn)子電流，其功率僅為定制繞組輸入功率的幾分之一，在風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載中由于其調(diào)速范圍通常只在70％－80％的額定功率之間[2]，因此，這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)只需要一個(gè)很小的功率轉(zhuǎn)換器。但是由于電機(jī)本身是有刷結(jié)構(gòu)，運(yùn)行可靠性差，需要經(jīng)常維護(hù)，特別是有些易燃易爆的應(yīng)用場(chǎng)合不能使用。

那么，能不能找到一種新的方法，使調(diào)速系統(tǒng)既具有同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)功率因數(shù)可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，又具有籠型異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)需要較少的維護(hù)的，并且控制簡(jiǎn)單的特點(diǎn)呢?為了解決這個(gè)技術(shù)難題，近幾年來，許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者將目光投向無刷雙饋電機(jī)(簡(jiǎn)稱BDFM)。這種電機(jī)不僅具有籠型轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，而且具有繞線式轉(zhuǎn)子異步電機(jī)和同步電機(jī)的優(yōu)良特性；既可同步又可異步運(yùn)行，既可作為交流調(diào)速電機(jī)，又可作為變速恒頻發(fā)電機(jī)，可以在無刷的情況下實(shí)現(xiàn)雙饋電。無刷雙饋電機(jī)在運(yùn)行時(shí)所要求的變頻器容量小，降低了系統(tǒng)的成本。作為發(fā)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)變頻恒速發(fā)電，特別適用于風(fēng)力發(fā)電、變落差水力發(fā)電、潮汐發(fā)電等可再生能源的開發(fā)、利用，因此無刷雙饋電機(jī)的應(yīng)用越來越受注目，作為一種新型電機(jī)的研究也正在獲得不斷發(fā)展。

2 無刷雙饋電機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

無刷雙饋電機(jī)是在20世紀(jì)初Hunt提出的自級(jí)聯(lián)感應(yīng)電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，后來的Creedy,特別是到了70年代Brodway等人在Hunt發(fā)明的電機(jī)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行了較大改進(jìn)，研究了實(shí)用的定轉(zhuǎn)子繞組，簡(jiǎn)化了電機(jī)結(jié)構(gòu)，拓寬了電機(jī)的應(yīng)用范圍，使該類電機(jī)具有同步電機(jī)的運(yùn)行特性[3]。在近二十幾年的時(shí)間中，美國(guó)Wisconsin大學(xué)、Ohio州立大學(xué)、Oregon州立大學(xué)等高等學(xué)校和科研機(jī)構(gòu)對(duì)無刷雙饋電機(jī)進(jìn)行了較為系統(tǒng)和深入的研究。英國(guó)、日本和澳大利亞等國(guó)也在對(duì)該種電機(jī)進(jìn)行研究。近年來，在英美等國(guó)，基本形成兩大流派；其一是以A. Wallace教授和R. Spee教授為首的美國(guó)Oregon州立大學(xué)以及以Williamson教授為首的英國(guó)劍橋大學(xué)，他們重點(diǎn)研究籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷雙饋電機(jī)(BDFM)；另一流派是以T. A. Lipo教授為首的Wisconsin大學(xué)和以L. Xu教授為首的Ohin州立大學(xué)，他們重點(diǎn)研究磁阻轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的雙勵(lì)磁磁阻電機(jī)[4]。他們對(duì)無刷雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)各持己見，對(duì)兩種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷雙饋電機(jī)的分析方法有所差異，并且形成了兩套不同的分析研究體系。

在無刷雙饋電機(jī)的性能仿真研究領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了許多工作。分別建立了同步和雙饋運(yùn)行的無刷雙饋電機(jī)在d-q-0坐標(biāo)系統(tǒng)中的數(shù)學(xué)模型和通用數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了仿真研究。可以看出，現(xiàn)有的無刷雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型大多建立在d-q-0坐標(biāo)系基礎(chǔ)之上，雖然參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)單一些，但模型中的電壓電流等狀態(tài)變量與電機(jī)繞組中的實(shí)際電壓電流不同，計(jì)算值需要通過坐標(biāo)變換方可與測(cè)試值相比較，另外，其電壓電流變量也不能與變頻器電壓電流變量直接耦合，給無刷雙饋電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的仿真研究帶來一定的困難。因而，上述數(shù)學(xué)模型不夠直觀，使用起來也不夠方便。國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究給出的不同轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)無刷雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，不僅形式各異，而且在仿真研究中大多忽略了電感參數(shù)脈動(dòng)和諧波的影響，因此缺乏準(zhǔn)確性。

雖然近二十年來，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)無刷雙饋電機(jī)進(jìn)行了分析的研究，取得了一些成果并發(fā)表了許多相關(guān)的論文，他們對(duì)該種電機(jī)的運(yùn)行原理、分析方法和分析手段以及特性仿真等方而做了許多研究工作。但是無刷雙饋電機(jī)的研制水平卻略顯滯后。就所查閱的有關(guān)文獻(xiàn)來看，到目前為止，以美國(guó) Orgon 州立大學(xué)Wallace教授為首的研究小組公布了一臺(tái)5hp籠型轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機(jī)樣機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果，并將一臺(tái)45KW的實(shí)用樣機(jī)應(yīng)用于某廢水處理廠。國(guó)內(nèi)尚未見到無刷雙饋電機(jī)樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有關(guān)報(bào)道和文獻(xiàn)。因此，研制較大功率的無刷雙饋電機(jī)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并從理論和實(shí)驗(yàn)兩方而來進(jìn)行對(duì)比研究，對(duì)于推動(dòng)該種電機(jī)的發(fā)展具有重要意義。 在國(guó)內(nèi)對(duì)無刷雙饋電機(jī)研究總體起步較晚，90年代以來，國(guó)內(nèi)一些高等院校和科研機(jī)構(gòu)對(duì)該種電機(jī)進(jìn)行了研究，取得了一些成果，但總的來說，國(guó)內(nèi)對(duì)無刷雙饋電機(jī)的研究尚處于基礎(chǔ)研究階段，還未推廣應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，因此，對(duì)該種電機(jī)的研究開發(fā)還有許多的工作要做。

3 無刷雙饋電機(jī)的工作原理及特點(diǎn)

無刷雙饋調(diào)速電機(jī)工作原理：定子繞組由2套極對(duì)數(shù)不等（）的三相對(duì)稱繞組構(gòu)成，分別稱為功率繞組和控制繞組。它們可以是彼此獨(dú)立的2套繞組組成，也可由1套三相繞組通過變極聯(lián)結(jié)獲得兩種不同極數(shù)的三相對(duì)稱繞組。

當(dāng)功率繞組接入工頻（）電源、控制繞組接入變頻（）電源后(一般情況下)，由于兩套定子繞組同時(shí)有電流流過，因此在氣隙中產(chǎn)生兩個(gè)不同極對(duì)數(shù)的磁場(chǎng)，這兩個(gè)磁場(chǎng)通過轉(zhuǎn)子的調(diào)制發(fā)生交叉耦合，構(gòu)成了實(shí)現(xiàn)能量傳遞轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)。

可見無刷雙饋電機(jī)可通過改變與控制繞組相連的變頻器的輸出來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，能夠?qū)崿F(xiàn)無刷雙饋電機(jī)的無級(jí)調(diào)速，其調(diào)速的范圍與功率繞組和控制繞組的極對(duì)數(shù)及電源的輸出頻率有關(guān)。

與傳統(tǒng)的交流電機(jī)相比，無刷雙饋電機(jī)具有以下特點(diǎn)：

通過變頻器的功率僅為電動(dòng)機(jī)總功率的一小部分，可以大大降低變頻器的容量，從而降低了調(diào)速系統(tǒng)的成本；

由于變頻器容量的減少，使得因變頻器中的開關(guān)元件而產(chǎn)生的諧波減少，從而有益于電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，也有利于電機(jī)的運(yùn)行；

功率因數(shù)可調(diào)，可以提高調(diào)速系統(tǒng)的力能指標(biāo)；

與有刷雙饋和串調(diào)系統(tǒng)相比，取消了電刷和滑環(huán)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；

即使在變頻器發(fā)生故障的情況下，電動(dòng)機(jī)仍然可以運(yùn)行于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)下；

電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速僅與功率繞組和控制繞組的頻率及其相序有關(guān)，而與負(fù)載轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)，因此電機(jī)具有硬的機(jī)械特性；

可方便的實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行方式。通過改變定子控制繞組的供電方式，同一臺(tái)電機(jī)既可作同步電機(jī)使用，也可作異步電機(jī)使用。

無刷雙饋電機(jī)作為交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)變速恒頻恒壓運(yùn)行，特別適合于多極低速水力或風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。在對(duì)無刷雙饋電機(jī)的研究取得重大進(jìn)展和突破之后，將其用于抽水蓄能電站機(jī)組以取代繞線式感應(yīng)電機(jī)，從而提高電機(jī)的運(yùn)行可靠性，也是無刷雙饋電機(jī)一個(gè)很有發(fā)展前景的應(yīng)用領(lǐng)域。對(duì)該種電機(jī)的研究和開發(fā)可望有效解決制約傳統(tǒng)交流電機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展的某些關(guān)鍵技術(shù)問題，以及水力、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的恒頻變速問題。

4無刷雙饋電機(jī)的控制策略的探討

交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有兩種比較成熟的控制方法:矢量控制(VC)和直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)。矢量控制是德國(guó)的研究人員在二十多年前提出的，現(xiàn)在己經(jīng)比較成熟，并已廣泛應(yīng)用，很多生產(chǎn)廠商都推出了他們的矢量控制交流傳動(dòng)產(chǎn)品，最近又大量推出了無速度傳感器的矢量控制產(chǎn)品。盡管在高性能驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品中使用AI技術(shù)會(huì)極大地提高產(chǎn)品的性能，可是到目前為止只有兩個(gè)廠家在他們的產(chǎn)品中使用了人工智能(AI)控制器；直接轉(zhuǎn)矩控制是大約在十五年前由德國(guó)和日本的研究人員提出的，在過去十年中得到大量的研究，現(xiàn)在ABB公司已向市場(chǎng)推出了直接轉(zhuǎn)矩控制的傳動(dòng)產(chǎn)品，使得人們對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制的研究興趣增加，將來在直接轉(zhuǎn)矩控制中將會(huì)用到人工智能技術(shù)，并將完全地不需要常規(guī)的電機(jī)數(shù)學(xué)模型了。但是這兩種相對(duì)成熟的控制方法以及最近出現(xiàn)的瞬時(shí)功率控制方法一般運(yùn)用于普通的感應(yīng)電機(jī)，對(duì)新型、特殊電機(jī)的運(yùn)用實(shí)例還很少見。

由于對(duì)無刷雙饋電機(jī)的理論研究的不成熟和電力電子技術(shù)和器件的限制，早期的無刷雙饋電機(jī)都只是對(duì)電機(jī)本體進(jìn)行研究，很少涉及到電機(jī)的閉環(huán)控制。70年代Hunt發(fā)明的電機(jī)，也沒有涉及到電機(jī)的速度和功率因數(shù)的控制，僅對(duì)無刷雙饋電機(jī)的開環(huán)性能進(jìn)行了研究。

80年代末90年代初，無刷雙饋電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型和兩軸數(shù)學(xué)模型的建立，為無刷雙饋電機(jī)的動(dòng)態(tài)仿真和控制性能的優(yōu)化提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。各種控制方法被應(yīng)用于無刷雙饋電機(jī)，如標(biāo)量控制、磁場(chǎng)定向控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、模型參數(shù)自適應(yīng)控制等等。而電力電子器件和微處理器的發(fā)展，如IGBT, 80C196,DSP等，又進(jìn)一步促進(jìn)了無刷雙饋電機(jī)的發(fā)展。目前，國(guó)外都在研究及開發(fā)無刷雙饋電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，在美國(guó)、德國(guó)、俄羅斯等國(guó)已有成功經(jīng)驗(yàn)，效果很好，并已在工業(yè)電力傳動(dòng)和恒頻恒壓發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用。如前蘇聯(lián)系列化生產(chǎn)315 - 2000Kw的雙饋電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)；日立公司在90年代初研制容量高達(dá) 395Kw的雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，并已在抽水蓄能電站投入使用；西門子公司生產(chǎn)了500～5000Kw系列恒頻恒壓雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。

隨著智能控制技術(shù)的成熟，以及實(shí)現(xiàn)智能控制的器件的進(jìn)一步發(fā)展，智能控制技術(shù)運(yùn)用于電氣傳動(dòng)的趨勢(shì)越來越明顯。將智能控制技術(shù)運(yùn)用于電機(jī)控制系統(tǒng)是電機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展的方向。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)這一新技術(shù)正進(jìn)行著廣泛深入的研究，但是將智能控制技術(shù)應(yīng)用于無刷雙饋電機(jī)的科研文獻(xiàn)幾乎沒有。無刷雙饋電機(jī)盡管有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)(如總成本較低、功率因數(shù)可調(diào)、在變頻器發(fā)生故障時(shí)電動(dòng)機(jī)仍可運(yùn)行于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)等等)，但也有一些其特有的問題(如諧波較大、控制方法比較復(fù)雜等)。如何將比較成熟的智能控制技術(shù)運(yùn)用于無刷雙饋電機(jī)上，充分發(fā)揮無刷雙饋電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，盡量避免其固有的弱點(diǎn)，是無刷雙饋電機(jī)進(jìn)一步研究的重點(diǎn)，也是無刷雙饋電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展方向。

無刷雙饋電機(jī)在雙饋運(yùn)行模式下的調(diào)速原理在緒論無刷雙饋電機(jī)的原理中己有介紹，穩(wěn)態(tài)時(shí)其轉(zhuǎn)速表達(dá)式為:

（5-1）

由式（5-1）描述的轉(zhuǎn)速和頻率關(guān)系可以清楚的看出，BDFM在這種運(yùn)行模式下轉(zhuǎn)速與頻率、極對(duì)數(shù)的關(guān)系呈同步電機(jī)特征，即在理想狀態(tài)，、和確定的情況下，可以認(rèn)為給定一個(gè)控制繞組電源的輸入頻率，就對(duì)應(yīng)有一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速n。若在-50Hz到+50Hz范圍內(nèi)變化，則轉(zhuǎn)速n應(yīng)在全速范圍內(nèi)跟隨變化，從而使得電機(jī)有一個(gè)寬廣的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍。

以下是對(duì)無刷雙饋電機(jī)開環(huán)運(yùn)行的問題和各種控制策略的分析[5][6]。

無刷雙饋電機(jī)的開環(huán)運(yùn)行的效果都不是很好，主要存在著以下的幾個(gè)問題:

諧波含量大。因?yàn)闊o刷雙饋電機(jī)是通過改變變頻器的電壓和頻率來進(jìn)行調(diào)速的，電機(jī)的電流等參數(shù)的諧波含量大，特別是在電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)改變的瞬間電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大。

電機(jī)的損耗大，因?yàn)樽冾l器輸出的電流存在豐富的諧波分量，所以無刷雙饋電機(jī)的損耗就比一般的異步電機(jī)要大。

單饋運(yùn)行時(shí)存在著“轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩”點(diǎn)，在此轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩附近電機(jī)的特性性質(zhì)不一樣。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于“轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩”，電機(jī)相當(dāng)于極普通異步電機(jī)；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于“轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩”時(shí)電機(jī)就相當(dāng)于極普通的異步電機(jī)。實(shí)際應(yīng)用中，如果電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩恰好在這個(gè)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩附近變動(dòng)，則電機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，易造成事故。

開環(huán)運(yùn)行，不能有效地發(fā)揮無刷雙饋電機(jī)的優(yōu)勢(shì)。無刷雙饋電機(jī)通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)變頻器輸出壓頻比和功率繞組或控制繞組電壓的相位差來調(diào)節(jié)輸入電機(jī)的無功分量來調(diào)節(jié)功率繞組的功率因數(shù)。開環(huán)運(yùn)行于一定的功率因數(shù)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的變頻器的電壓和相位差計(jì)算量大，實(shí)際逐步可能得到精確的結(jié)果，因此不能有效地控制電機(jī)的功率因數(shù)。

無刷雙饋電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)熱量較普通異步電機(jī)大。電機(jī)的參數(shù)如電阻等易受外界的影響而改變，參數(shù)的變化和測(cè)定的正確與否直接影響控制的成功實(shí)現(xiàn)。

5結(jié)論與展望

無刷雙饋電機(jī)是在級(jí)聯(lián)電機(jī)的基礎(chǔ)上，結(jié)合電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)和控制策略實(shí)現(xiàn)的一種新型電機(jī)。它具有簡(jiǎn)單牢固的無刷電機(jī)結(jié)構(gòu)、可調(diào)節(jié)的功率因數(shù)、可回饋使用的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差功率、小容量的調(diào)速控制裝置以及多種運(yùn)行模式等特點(diǎn)，在變頻調(diào)速和變速恒頻發(fā)電領(lǐng)域具有重大研究?jī)r(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義，得到國(guó)內(nèi)外研究者的日益重視。

本文在參考許多資料的基礎(chǔ)上，通過對(duì)無刷雙饋電機(jī)的特點(diǎn)的了解，從而對(duì)無刷雙饋電機(jī)的控制策略進(jìn)行了研究，并對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件上的設(shè)計(jì)和分析。具體一些工作內(nèi)容大致如下：

對(duì)于無刷雙饋電機(jī)有了一個(gè)明確的概念，分析和研究了無刷雙饋電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理，了解了無刷雙饋電機(jī)的運(yùn)行特性，并對(duì)其閉環(huán)控制策略進(jìn)行了研究。

對(duì)無刷雙饋電機(jī)用的交流變頻電源從理論上進(jìn)行了詳細(xì)的分析，主要工作是對(duì)其主電路的硬件電路、控制電路進(jìn)行了透徹的分析、研究和設(shè)計(jì)。

變頻電源范文第4篇

關(guān)鍵詞：變頻器 過電壓故障 原因 對(duì)策

一、變頻器過電壓的危害

變頻器過電壓主要是指其中間直流回路過電壓，中間直流回路過電壓主要危害在于：（1）引起電動(dòng)機(jī)磁路飽和。對(duì)于電動(dòng)機(jī)來說，電壓主過高必然使電機(jī)鐵芯磁通增加，可能導(dǎo)致磁路飽和，勵(lì)磁電流過大，從面引起電機(jī)溫升過高；（2）損害電動(dòng)機(jī)絕緣。中間直流回路電壓升高后，變頻器輸出電壓的脈沖幅度過大，對(duì)電機(jī)絕緣壽命有很大的影響；（3）對(duì)中間直流回路濾波電容器壽命有直接影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起電容器爆裂。因而變頻器廠家一般將中間直流回路過電壓值限定在DC800V左右，一旦其電壓超過限定值，變頻器將按限定要求跳閘保護(hù)。

二、產(chǎn)生變頻器過電壓的原因

1.過電壓的原因

一般能引起中間直流回路過電壓的原因主要來自以下兩個(gè)方面：

（1）來自電源輸入側(cè)的過電壓

通常情況下的電源電壓為380V,允許誤差為-5%-+10%,經(jīng)三相橋式全波整流后中間直流的峰值為591V,個(gè)別情況下電源線電壓達(dá)到450V,其峰值電壓也只有636V,并不算很高，一般電源電壓不會(huì)使變頻器因過電壓跳閘。電源輸入側(cè)的過電壓主要是指電源側(cè)的沖擊過電壓，如雷電引起的過電壓、補(bǔ)償電容在合閘或斷開時(shí)形成的過電壓等，主要特點(diǎn)是電壓變化率dv/dt和幅值都很大。

（2）來自負(fù)載側(cè)的過電壓

主要是指由于某種原因使電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)時(shí)，即電機(jī)處于實(shí)際轉(zhuǎn)速比變頻頻率決定的同步轉(zhuǎn)速高的狀態(tài)，負(fù)載的傳動(dòng)系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的機(jī)械能經(jīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，通過逆變器的6個(gè)續(xù)流二極管回饋到變頻器的中間直流回路中。此時(shí)的逆變器處于整流狀態(tài)，如果變頻器中沒采取消耗這些能量的措施，這些能量將會(huì)導(dǎo)致中間直流回路的電容器的電壓上升。達(dá)到限值即行跳閘。

2.從變頻器負(fù)載側(cè)可能引起過電壓的情況及主要原因

從變頻器負(fù)載側(cè)可能引起過電壓的情況及主要原因如下：

（1）變頻器減速時(shí)間參數(shù)設(shè)定相對(duì)較小及未使用變頻器減速過電壓自處理功能。當(dāng)變頻器拖動(dòng)大慣性負(fù)載時(shí)，其減速時(shí)間設(shè)定的比較小，在減速過程中，變頻器輸出頻率下降的速度比較快，而負(fù)載慣性比較大，靠本身阻力減速比較慢，使負(fù)載拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比變頻器輸出的頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速還要高，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，而變頻器沒有能量處理單元或其作用有限，因而導(dǎo)致變頻器中間直流回路電壓升高，超出保護(hù)值，就會(huì)出現(xiàn)過電壓跳閘故障。

大多數(shù)變頻器為了避免跳閘，專門設(shè)置了減速過電壓的自處理功能，如果在減速過程中，直流電壓超過了設(shè)定的電壓上限值，變頻器的輸出頻率將不再下降，暫緩減速，待直流電壓下降到設(shè)定值以下后再繼續(xù)減速。如果減速時(shí)間設(shè)定不合適，又沒有利用減速過電壓的自處理功能，就可能出現(xiàn)此類故障。

（2）工藝要求在限定時(shí)間內(nèi)減速至規(guī)定頻率或停止運(yùn)行。工藝流程限定了負(fù)載的減速時(shí)間，合理設(shè)定相關(guān)參數(shù)也不能減緩這一故障，系統(tǒng)也沒有采取處理多余能量的措施，必然會(huì)引發(fā)過壓跳閘故障。

（3）當(dāng)電動(dòng)機(jī)所傳動(dòng)的位能負(fù)載下放時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。位能負(fù)載下降過快，過多回饋能量超過中間直流回路及其能量處理單元的承受能力，過電壓故障也會(huì)發(fā)生。

（4）變頻器負(fù)載突降。變頻器負(fù)載突降會(huì)使負(fù)載的轉(zhuǎn)速明顯上升，使負(fù)載電機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，從負(fù)載側(cè)向變頻器中間直流回路回饋能量，短時(shí)間內(nèi)能量的集中回饋，可能會(huì)中間直流回路及其能量處理單元的承受能力引發(fā)過電壓故障。

（5）多個(gè)電機(jī)拖動(dòng)同一個(gè)負(fù)載時(shí)，也可能出現(xiàn)這一故障，主要由于沒有負(fù)荷分配引起的。以兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一個(gè)負(fù)載為例，當(dāng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速大于另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速時(shí)，則轉(zhuǎn)速高的電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于原動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速低的處于發(fā)電狀態(tài)，引起了過電壓故障。處理時(shí)需加負(fù)荷分配控制。可以把變頻器輸出特性曲線調(diào)節(jié)的軟一些。

（6）變頻器中間直流回路電容容量下降

變頻器在運(yùn)行多年后，中間直流回路電容容量下降將不可避免，中間直流回路對(duì)直流電壓的調(diào)節(jié)程度減弱，在工藝狀況和設(shè)定參數(shù)未曾改變的情況下，發(fā)生變頻器過電壓跳閘幾率會(huì)增大，這時(shí)需要對(duì)中間直流回路電容器容量下降情況進(jìn)行檢查。

三、過電壓故障處理對(duì)策

對(duì)于過電壓故障的處理，關(guān)鍵一是中間直流回路多余能量如何及時(shí)處理；二是如何避免或減少多余能量向中間直流回路饋送，使其過電壓的程度限定在允許的限值之內(nèi)。下面是主要的對(duì)策。

1.在電源輸入側(cè)增加吸收裝置，減少過電壓因素

對(duì)于電源輸入側(cè)有沖擊過電壓、雷電引起的過電壓、補(bǔ)償電容在合閘或斷開時(shí)形成的過電壓可能發(fā)生的情況下，可以采用在輸入側(cè)并聯(lián)浪涌吸收裝置或串聯(lián)電抗器等方法加以解決。

2.從變頻器已設(shè)定的參數(shù)中尋找解決辦法

在變頻器可設(shè)定的參數(shù)中主要有兩點(diǎn)：是減速時(shí)間參數(shù)和變頻器減速過電壓自處理功能。在工藝流程中如不限定負(fù)載減速時(shí)間時(shí)，變頻器減速時(shí)間參數(shù)的設(shè)定不要太短，而使得負(fù)載動(dòng)能釋放的太快，該參數(shù)的設(shè)定要以不引起中間回路過電壓為限，特別要注意負(fù)載慣性較大時(shí)該參數(shù)的設(shè)定。如果工藝流程對(duì)負(fù)載減速時(shí)間有限制，而在限定時(shí)間內(nèi)變頻器出現(xiàn)過電壓跳閘現(xiàn)象，就要設(shè)定變頻器失速自整定功能或先設(shè)定變頻器不過壓情況下可減至的頻率值，暫緩后減速至零，減緩頻率減少的速度。

3.通過控制系統(tǒng)功能優(yōu)勢(shì)解決變頻器過電壓?jiǎn)栴}

在很多工藝流程中，變頻器的減速和負(fù)載的突降是受控制系統(tǒng)支配的，可以利用控制系統(tǒng)的一些功能，在變頻器的減速和負(fù)載的突降前進(jìn)行控制，減少過多的能量饋入變頻器中間直流回路。如對(duì)于規(guī)律性減速過電壓故障，可將變頻器輸入側(cè)的不可控整流橋換成半可控或全控整流橋，在減速前將中間直流電壓控制在允許的較低值，相對(duì)加大中間直流回路承受饋入能量的能力，避免產(chǎn)生過電壓故障。而對(duì)于規(guī)律性負(fù)載突降過電壓故障，可利用控制系統(tǒng)如SIEMENS的PLC系統(tǒng)的控制功能，在負(fù)載突降前，將變頻器的頻率作適當(dāng)提升，減少負(fù)載側(cè)過多的能量饋入中間直流回路，以減少其引起的過電壓故障。

4.采用增加泄放電阻的方法

一般小于7.5kW的變頻器在出廠時(shí)內(nèi)部中間直流回路均裝有控制單元和泄放電阻，大于7.5kW的變頻器需根據(jù)實(shí)際情況外加控制單元和泄放電阻，為中間直流回路多余能量釋放提供通道，是一種常用的泄放能量的方法。其不足之處是能耗高，可能出現(xiàn)頻繁投切或長(zhǎng)時(shí)間投運(yùn)，致使電阻溫度升高、設(shè)備損壞。

5.在輸入側(cè)增加逆變電路的方法

處理變頻器中間直流回路能量最好的方法就是在輸入側(cè)增加逆變電路，可以將多余的能量回饋給電網(wǎng)。但逆變橋價(jià)格昂貴，技術(shù)要求復(fù)雜，不是較經(jīng)濟(jì)的方法。這樣在實(shí)際中就限制了它的應(yīng)用，只有在較高級(jí)的場(chǎng)合才使用。

6.采用在中間直流回路上增加適當(dāng)電容的方法中間直流回路電容對(duì)其電壓穩(wěn)定、提高回路承受過電壓的能力起著非常重要的作用。適當(dāng)增大回路的電容量或及時(shí)更換運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)且容量下降的電容器是解決變頻器過電壓的有效方法。這里還包括在設(shè)計(jì)階段選用較大容量的變頻器的方法，是以增大變頻器容量的方法來?yè)Q取過電壓能力的提高。

7.在條件允許的情況下適當(dāng)降低工頻電源電壓

目前變頻器電源側(cè)一般采用不可控整流橋，電源電壓高，中間直流回路電壓也高，電源電壓為380V、400V、450V時(shí)，直流回路電壓分別為537V、565V、636V.有的變頻器距離變壓器很近，變頻器輸入電壓高達(dá)400V以上，對(duì)變頻器中間直流回路承受過電壓能力影響很大，在這種情況下，如果條件允許可以將變壓器的分接開關(guān)放置在低壓檔，通過適當(dāng)降低電源電壓的方式，達(dá)到相對(duì)提高變頻器過電壓能力的目的。

8.多臺(tái)變頻器共用直流母線的方法

變頻電源范文第5篇

關(guān)鍵詞:起重機(jī)；變頻調(diào)速；控制原理

中圖分類號(hào)： TH2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

引言

起重機(jī)作為一種重要的起重運(yùn)輸機(jī)械，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的控制，往往要求從控制精度、速度以及防擺等方面進(jìn)行綜合考慮。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和啟、制動(dòng)性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)能效果，廣泛的適用范圍及其他許多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式，是當(dāng)今節(jié)能、改善工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速系統(tǒng)在起重機(jī)上的應(yīng)用有著廣闊的前景。

1、變頻調(diào)速在起重機(jī)中的應(yīng)用

變頻器變頻的控制主要現(xiàn)有恒壓/頻比、磁通矢量和直接轉(zhuǎn)矩(DTC)三種，在起重機(jī)變頻調(diào)速電控系統(tǒng)中，起升機(jī)構(gòu)通常選用高性能磁通矢量控制開環(huán)或閉環(huán)變頻調(diào)速力一案，平移機(jī)構(gòu)通常選用壓/頻比協(xié)調(diào)控制的開環(huán)或閉環(huán)變頻調(diào)速力一案。變頻調(diào)速電控設(shè)備由核心部件變頻器和它的可選件如電源進(jìn)線開關(guān)、線路接觸器、輔助開關(guān)、輔助繼電器等組成。

2、變頻調(diào)速在起重機(jī)中的應(yīng)用

起重機(jī)變頻調(diào)速一般用在起升、大小車運(yùn)行、回轉(zhuǎn)、變幅、抓斗開閉等機(jī)構(gòu)中，由變頻電機(jī)、變頻器、控制器件及線路保護(hù)開關(guān)等組成。為了防止變頻器對(duì)外界的干擾和提高電機(jī)控制的精度，加入變頻器制動(dòng)單元、制動(dòng)電阻以及濾波器等。還在起升機(jī)構(gòu)的變頻電機(jī)內(nèi)配備有光電旋轉(zhuǎn)編碼器，以提高調(diào)速精度和響應(yīng)速度。同時(shí)控制器件采用PLC與繼電器相結(jié)合，提高控制系統(tǒng)可靠性。

起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)由主令控制器或電位器作為輸入給定，通過變頻調(diào)頻調(diào)速電控設(shè)備、荷重測(cè)控儀、限位開關(guān)、制動(dòng)器等配合使用，控制起重機(jī)起升和平移機(jī)構(gòu)的交流變頻異步電動(dòng)機(jī)起制動(dòng)、順逆運(yùn)轉(zhuǎn)與速度調(diào)節(jié)。可實(shí)現(xiàn)零速抱閘，對(duì)制動(dòng)器無磨損;任意低的就位速度，可用于精確吊裝;速度的平滑過渡，對(duì)機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)件無沖擊，提高運(yùn)行安全性;極低的起動(dòng)電流，減輕用戶電網(wǎng)擴(kuò)容的負(fù)擔(dān);較寬的調(diào)速范圍，可提高工作效率;節(jié)能的調(diào)速方式，減少系統(tǒng)運(yùn)行能耗等要求。

2.1、變頻調(diào)速的缺點(diǎn)

起重機(jī)變頻調(diào)速的缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的電磁兼容性的一面，即變頻調(diào)速系統(tǒng)易對(duì)機(jī)上其它電氣設(shè)備產(chǎn)生干擾也易受到外界干擾。變頻器的主電路一般為交一直一交組成，整流電路和逆變電路中主要使用半導(dǎo)體開關(guān)器件，其輸入輸出的電壓和電流中除了基波成分外還含有一定的高次諧波，會(huì)干擾供電系統(tǒng)、負(fù)載及其它鄰近的電氣設(shè)備，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電氣設(shè)備不能正常工作甚至誤動(dòng)作，會(huì)降低起重機(jī)整機(jī)的可靠性，危及設(shè)備和人身安全。變頻調(diào)速系統(tǒng)電子元器件多，控制信號(hào)是弱電信號(hào)，容易受到外界干擾，引起變頻器及控制系統(tǒng)誤動(dòng)作。

2.2、重視技術(shù)資料的收集整理運(yùn)用

由于變頻調(diào)速起重機(jī)的技術(shù)含量較高，對(duì)于大多數(shù)鐵路裝卸部門來說，是一個(gè)全新的課題，因此必須十分重視技術(shù)資料的收集整理運(yùn)用，如使用說明書，用戶手冊(cè)，操作培訓(xùn)手冊(cè)，電氣原理圖，電氣布線圖等。經(jīng)常要記錄變頻器及電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括變頻器輸出頻率，輸出電流，輸出電壓，變頻器內(nèi)部直流電壓，散熱器溫度等數(shù)，與合理數(shù)據(jù)對(duì)照比較，以利于早日發(fā)現(xiàn)故障隱患。

2.3、防溜鉤技術(shù)

即滿負(fù)載時(shí)在空中制動(dòng)停車或再提升時(shí)不產(chǎn)生溜鉤現(xiàn)象。在重物開始升降或停止時(shí)要求制動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)之間的動(dòng)作必須緊密配合，因?yàn)橹苿?dòng)器從抱緊到松開，以及從松開到抱緊的動(dòng)作過程需要一定的時(shí)間，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生或消失是在通電或斷電瞬間就立刻做出反應(yīng)。變頻器具有零速全轉(zhuǎn)矩功能，可有效地防止溜鉤，其原理是變頻器在速度為0的狀態(tài)下，能保持電動(dòng)機(jī)有足夠大的轉(zhuǎn)矩且不需要速度反饋，這就保證了當(dāng)?shù)蹉^由升降狀態(tài)降速為0時(shí)電機(jī)能使重物在空中停止，直到電磁制動(dòng)器將軸抱住為止，從而防止了溜鉤。

根據(jù)重物提升、輕載(或空鉤) 、重物下降運(yùn)行特點(diǎn)的不同，提升電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性分別在 4個(gè)象限運(yùn)行。重物提升時(shí)，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生正向電磁轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與電磁轉(zhuǎn)矩方向相同，處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，其機(jī)械特性在第Ⅰ象限，如圖 1 中曲線①，減速時(shí)電機(jī)工作點(diǎn)在第Ⅱ象限的曲線②上，速度下降到位后再運(yùn)行在第Ⅰ象限的曲線②上。輕載( 或空鉤) 下降時(shí)，電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都是負(fù)的，故機(jī)械特性曲線在第Ⅲ象限，如圖1 中的曲線③，減速時(shí)電機(jī)工作點(diǎn)在第Ⅲ象限的曲線③上，速度下降到位后再運(yùn)行在第Ⅲ象限的曲線④上。重載下降時(shí)，重物具有因自身的重力而下降的能力，從而使電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度超過了同步轉(zhuǎn)速，而進(jìn)入再生制動(dòng)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向是反轉(zhuǎn) (下降) 的，但其轉(zhuǎn)矩的方向卻與旋轉(zhuǎn)方向相反，是正向的，其機(jī)械特性如圖 1 中曲線⑤，工作點(diǎn)在第Ⅳ象限時(shí)，電動(dòng)機(jī)的作用是防止重物由于重力加速度的原因而不斷加速，以達(dá)到使重物勻速下降的目的。在這種情況下，摩擦轉(zhuǎn)矩將阻礙重物下降，故重物在下降時(shí)構(gòu)成的負(fù)載轉(zhuǎn)矩比上升時(shí)小。

圖1 提升變頻器四象限運(yùn)行特性圖

主起提升裝置的溜鉤現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)之間的切換點(diǎn)上以及變頻器的硬件故障中。

2.4、再生制動(dòng)能量處理技術(shù)

即電機(jī)減速或重載下放時(shí)再生制動(dòng)能量必須迅速釋放。對(duì)再生制動(dòng)能量的處理有2種方式:一種是用制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻來吸收;另一種是通過在直流側(cè)設(shè)置公共母線的逆變橋使之回饋到電網(wǎng)。采用能耗電阻的方式，在制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的選擇上應(yīng)考慮到起升機(jī)構(gòu)屬位能性負(fù)載特性，不能使用制造廠商推薦的制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的容量，必須增大制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的容量，電阻的阻值決定著制動(dòng)電流，也就決定著制動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短。起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中長(zhǎng)時(shí)間的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性決定需要考慮的并不是它的阻值，而是它的功率，即在設(shè)計(jì)中把制動(dòng)電阻的功率增加一倍，以保證再生制動(dòng)能量的迅速釋放。

2.5、變頻再起升中應(yīng)用

變頻調(diào)速系統(tǒng)的功能參數(shù)設(shè)定完后,就可進(jìn)行系統(tǒng)試運(yùn)行。應(yīng)先在變頻器操作盤上進(jìn)行速度給定,手動(dòng)起動(dòng)變頻器,讓起升電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間,并且這種試運(yùn)行可以在5,10,15,20,25,35,50Hz等幾個(gè)頻率點(diǎn)進(jìn)行,注意觀察電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向是否正確,轉(zhuǎn)速是否平穩(wěn),顯示數(shù)據(jù)是否正確,溫升是否正常,加減速是否平滑等。單臺(tái)變頻器試運(yùn)行正確后,再接入脈沖編碼器模塊進(jìn)行速度閉環(huán)調(diào)試,試運(yùn)行起升機(jī)構(gòu)變頻調(diào)速系統(tǒng)。

起升變頻器手動(dòng)運(yùn)行無誤后,就可接入PLC控制系統(tǒng),進(jìn)行整機(jī)聯(lián)調(diào)。整機(jī)聯(lián)調(diào)中,關(guān)鍵要注意觀察變頻器起動(dòng)與停止時(shí),主起升機(jī)械制動(dòng)器的開閉反應(yīng)是否快速,鉤頭是否存在溜鉤現(xiàn)象等。其次還要注意觀察鉤頭在下降過程中,制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻投運(yùn)后,其溫升是否正常。在重物下放過程中,重物的勢(shì)能會(huì)釋放出來,此時(shí)電動(dòng)機(jī)將工作在反向發(fā)電狀態(tài)。在鉤頭下降過程中,電動(dòng)機(jī)通過逆變橋向變頻器中間直流回路充電,當(dāng)直流回路的電壓高于變頻器系統(tǒng)設(shè)定值時(shí),變頻器控制斬波器接通,進(jìn)而使制動(dòng)電阻投入工作,以消耗變頻器中間直流回路多余的電能,確保變頻器中間直流回路電壓穩(wěn)定在一個(gè)特定電壓范圍內(nèi)。

2.6、做好變頻器保養(yǎng)工作

保養(yǎng)時(shí)，務(wù)必切斷電源，電源切斷后，不能立即接觸端子，否則有觸電危險(xiǎn)。每臺(tái)變頻器每季度要清灰保養(yǎng)1次。保養(yǎng)要清除變頻器內(nèi)部和風(fēng)路內(nèi)的積灰，臟物，將變頻器表面擦拭干凈;變頻器的表面要保持清潔光亮;在保養(yǎng)的同時(shí)要仔細(xì)檢查變頻器，查看變頻器內(nèi)有無發(fā)熱變色部位，電阻有無開裂現(xiàn)象，電解電容有無膨脹誦液防爆孔突出等現(xiàn)象，有沒有發(fā)熱燒黃部位。要定時(shí)清掃電路板及散熱器上的塵埃，否則當(dāng)停機(jī)幾天后，粘在電路板上的塵埃返潮，當(dāng)再次送電后變頻器電路板就最容易打火而損壞。注意檢查更換風(fēng)扇，當(dāng)風(fēng)扇有響聲就要及時(shí)更換。注意檢查防雷裝置，防治變頻器被雷擊，導(dǎo)致?lián)p失加重。要了解周邊地區(qū)變頻器維修是否方便.有無維修服務(wù)及配件中心，并和其建立業(yè)務(wù)聯(lián)系。

3、結(jié)語(yǔ)

隨著電力電子技術(shù)和控制理論的高速發(fā)展，交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展。在我國(guó)，對(duì)能源的有效利用已經(jīng)非常迫切。作為能源消耗大戶之一的電機(jī)在節(jié)能方面是大有潛力可挖的。起重機(jī)的控制策略從經(jīng)典控制到現(xiàn)代控制，又發(fā)展到智能控制，起重機(jī)的防沖擊等性能得到了有效提高。未來的控制策略有一定的有效性，能夠適應(yīng)起升鋼絲繩長(zhǎng)度的變化和載荷質(zhì)量大范圍的變化。

參考文獻(xiàn)

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