江屯機(jī)工程47.新技術(shù)講座。

　　中高壓變頻器概述冷增祥東南大學(xué)江蘇南京2100183整流裝置常用的整流器均采⑴品閘管相控整流屯路或極管整流電路，直流側(cè)采用電容濾波，這使交流側(cè)的電流呈尖峰性而非正弦波。大量使用由這些電路構(gòu)成的裝置己成為電力系統(tǒng)中的主要諧波源，且消耗大量的無功功率。為此，1此1均規(guī)記了諧波私準(zhǔn)。，考應(yīng)用較為普遍的5925我頒爾了；1丁145493，電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。凡不符合上述標(biāo)準(zhǔn)的電力電子設(shè)備均不允許進(jìn)出口。

　　對(duì)相控整流電路，當(dāng)電壓為正弦波電流為非正弦波時(shí)，其功率因數(shù)效值為總電流有效值和妁分別為基波電流有效值及其與電壓的相角乾以=為坫波電流閃數(shù)；州為位移因數(shù)或基波功率因魏即這時(shí)功率因數(shù)是由電流波形畸變和基波電流相移兩個(gè)因素決定的。1也可及不為電流的失真程度。

　　因中高壓變頻器都是大容量，更必須設(shè)法減少諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，并提高功率因數(shù)。為此，目前采用的整流裝置有如下幾種形式。

　　3.1整流電路的般多重化次繞組分別采用星形和角胳構(gòu)成相位互差如大小相等的兩組電壓，接到相互串聯(lián)的兩組整流橋。變壓器1次繞組與兩組次繞組的巾比為辦肩7為該屯路輸入電流波形7.的2是角形橋電流。波形閣71中虛線折兌到變壓器次側(cè)+1繞組中的電流；閣7的總屯流為閣7.1的31與7，的2之和忽略了換相過程和直流側(cè)電流脈動(dòng)。

　　對(duì)波形進(jìn)行傅里葉分析，得知該電流中只含12左±1次諧波，為正整數(shù)。同樣，對(duì)多相整流電路，可得結(jié)論以講個(gè)相位相差73冊(cè)的變壓器次繞組分別供電的個(gè)相橋式整流電路可構(gòu)成6饑相整流電路，其電網(wǎng)側(cè)電流僅含6講±1次諧波。例如冊(cè)=253，4便分別為12相含12灸±18相含18±24相含24±1次諧波，且各次諧波的有效值與其次數(shù)成。位移因數(shù)則均巧于為觸發(fā)延遲仇對(duì)1極管整流橋，91msa閣2中的輸入整流器就是重連接電路，也稱12脈波電路，可求得其=0.9886，77，=0.1522.1中的整流器是重連接，移推20構(gòu)成18脈波電路，v=0.994 3.2整流屯路的特姊多重化種輸入變壓器與電力電子部件體化設(shè)計(jì)的電路拓樸。它利用特制的多繞組輸入變壓器與功率單元串聯(lián)壓相位互相錯(cuò)開。對(duì)電網(wǎng)而言形成多相負(fù)載，既能解決輸出商電壓叫。義能解決電網(wǎng)側(cè)和貨載側(cè)的諧波問。例如，對(duì)5單元串聯(lián)連接，變壓器需有15個(gè)次繞組，分為5個(gè)不同的相位組，它們互差12，最終形成30脈波的極管整流電路，理論上29次以下的諧波都可消除，27.變壓器采用曲折連接，再配以抽頭所分割段的匝比，可實(shí)現(xiàn)任意角度的相移。例如，3和4單元串聯(lián)時(shí)，次繞組相位要互差±20±0和士30士15分別相當(dāng)18脈波和24脈波格流，6中。

　　元串聯(lián)則相差±25±15±5，相當(dāng)于36脈波。力口上由于采用極管整流的電壓型結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)所需的無功功率可山濾波電容提供，所以功豐因數(shù)較，基本可保持在0.95以上。

　　這種多道化方案要特制變以器。制作較4雜，7件數(shù)量多。導(dǎo)電損耗人。

　　3.3整流電路整流器也用全拉型器件構(gòu)成。采4逆變電路同樣的101技術(shù)。8和1即為中相和相電甩型，1鳳整流電路，通過對(duì)它的適當(dāng)抒制，可使輸入電流非常接近正弦波，且電流和電舊同相位，功韋因數(shù)近似為。交流側(cè)電感以濾波和傳遞能量，直流側(cè)電容起著濾除直流電壓上開關(guān)紋波和平衡直流輸入與輸出能1的作。

　　流逆變狀態(tài)下的相量忽略了交流側(cè)回路電阻，中，分別為電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)喬式電路交流側(cè)電壓的基波分量電感上的壓降和，界肘整流器從電網(wǎng)吸收的電流，為電源角頻率。從相量看出，只要控制與電網(wǎng)電壓瓜巨調(diào)節(jié)它的幅伯和相位，滿足中的相量關(guān)系，1整流器就能實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)的整流或逆變，從而可實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳遞。

　　⑶整流狀態(tài)相壤⑷逆變狀態(tài)相，閣界肘整流器也可采用電平電路，所。與電平，界厘逆變電路樣，相電壓有種電平，線電壓有種電平。在相同的開關(guān)頻率下，其輸入電流謂波比電平電路要小得多。它不又可做到單位功率因數(shù)，且根據(jù)設(shè)計(jì)的功率定額富裕量，還可對(duì)連接在同線路上的其他負(fù)載的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。它同，可進(jìn)有功功率無功功率雙向傳輸，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)和能量反饋的象限傳動(dòng)，10化。

　　中壓電機(jī)，功率傳輸容性無功功率通過傳動(dòng)控制無功功率感性無功功年此外，有的還可在交流輸入加誚波濾波器功率因數(shù)補(bǔ)償控制器。總之，通過各種措施，均可使交流側(cè)THD；5，X0.95，述介紹的種格流器和逆變器中，除特制變壓崎，化，厲厲和厲，的組合，即使同種組合也可有不同的接線方案。例2也構(gòu)成電路。

　　4擰制方式根據(jù)運(yùn)動(dòng)從枰式心廠為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，002為運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可知，控制電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩便能控制轉(zhuǎn)速的變化4，而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩抑為電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，為轉(zhuǎn)于電流祈算值，2為轉(zhuǎn)子功率因數(shù)與磁通成比，因此1.制轉(zhuǎn)矩的關(guān)鍵是對(duì)磁通進(jìn)行控制，中高壓變頻調(diào)速與低壓變頻調(diào)速樣，有如下幾種擰制方式。

　　4.1V尸協(xié)調(diào)控制交流電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)4.44咐也為繞組有效匝數(shù)，忽略定子繞組的阻抗，定子電壓，若保持電機(jī)的端電報(bào)不變，則電機(jī)中的，將增大。由于電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)的磁通選為接近飽和值。0的增大將導(dǎo)致電機(jī)鐵心飽和。造成電機(jī)中流過很大的勵(lì)磁電流，增加銅耗和鐵耗而3供電頻率增加，電機(jī)出現(xiàn)欠勵(lì)磁時(shí)，將會(huì)引起電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的下降。因此在改變電機(jī)變頻，協(xié)調(diào)控制可近似保持穩(wěn)態(tài)磁通恒定，方法簡(jiǎn)龜。，娜，艦，異，杉記子電阻壓降所比重枘加。不能認(rèn)為這時(shí)7協(xié)調(diào)控制己不能保持3恒定。

　　由于17協(xié)調(diào)控制是依據(jù)穩(wěn)態(tài)關(guān)系得出的，因而動(dòng)態(tài)性能較差。如欲改善7協(xié)調(diào)控制的性能，需對(duì)磁通進(jìn)行閉環(huán)摶制。

　　4.2矢量控制直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速和啟動(dòng)性能，這是因?yàn)?心3勵(lì)磁繞組和電樞繞組各自獨(dú)立，空間位置互差90.閃而和電樞電流1產(chǎn)生的磁通正交。如忽略電樞反應(yīng)，它們4不影響兩繞組又分別由不同電源供電，在1恒定時(shí)，只要控制電樞電流或電樞電壓便可控制轉(zhuǎn)矩。而異步電動(dòng)機(jī)只有定子繞組與電源相接，定子電流中包含勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)子電流分量，兩存混在起稱為耦合。電磁轉(zhuǎn)矩并不4定子電流成比例。矢量擰制的思路就是仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制原理，將交流電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)方程式進(jìn)行坐標(biāo)變換，包括相至相的變換32和靜止坐標(biāo)與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的變換。從而將定子電流分解成勵(lì)磁分1和轉(zhuǎn)矩分量解耦。它們可以根據(jù)4測(cè)定的電動(dòng)機(jī)定子電壓電流的實(shí)際值經(jīng)計(jì)算求得，然后分別與設(shè)定伉起構(gòu)成閉環(huán)摶制。經(jīng)過調(diào)節(jié)器的作用。再經(jīng)過，標(biāo)反變換。變成定子電壓的設(shè)定怕，實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器的1控制。

　　矢量控制可獲得與直流電動(dòng)機(jī)相媲美的優(yōu)異控制性能。

　　4.3乜接轉(zhuǎn)矩控制立接轉(zhuǎn)矩控制也是分別控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩不口磁塍，是它選擇定子磁鋪?zhàn)鳛楸豢刂频拇沛湥幌袷噶靠刂颇菢舆x擇了轉(zhuǎn)子磁鏈，因此可直接在定子坐標(biāo)⑶算與控制交流電動(dòng)機(jī)的，即通過實(shí)時(shí)檢測(cè)磁通幅值和轉(zhuǎn)矩值，分別與給定值比較，由磁通和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器直接輸出，共同控制，界肘逆變器的空間電壓矢量。它不需要分開的電壓控制和頻率控制，也不追求肀相電壓的正弦。而足將逆變器和電機(jī)視為整休，以相波形總體生成為前提，使磁通轉(zhuǎn)矩跟蹤給定值。

　　磁鏈逼近圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

　　直接轉(zhuǎn)矩控制不需要叱標(biāo)變換，也不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)取而仍具有良好的靜動(dòng)態(tài)性能。

　　4.4無速度傳感器矢砧擰制高性能的調(diào)速系統(tǒng)均采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)，何速度傳感器的安裝維護(hù)及低速忭能等方面的問給系統(tǒng)帶來麻煩，甚至影響系統(tǒng)的可靠性。因而無速度傳感器控制越農(nóng)越受到關(guān)注和歡迎。叫是從切測(cè)得的記子電壓定子電流中如何計(jì)算出與速度有關(guān)的量。目前常用的方法有利用電機(jī)的基本方程式穩(wěn)態(tài)或動(dòng)態(tài)導(dǎo)出速度的方程式進(jìn)行計(jì)算；根據(jù)模型參考自適應(yīng)的理論，選擇合適的參考模型和可調(diào)整模型，利用自適應(yīng)算法辯識(shí)出速度；利用電機(jī)的齒諧波電勢(shì)計(jì)算速度，或計(jì)算轉(zhuǎn)差頻率進(jìn)1償?shù)壬鲜?種控制方式，協(xié)調(diào)控制是轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，控制電路簡(jiǎn)取是使用較多的種控制方式，常用于速度精度耍求不十分嚴(yán)格或；載變動(dòng)較小的場(chǎng)合后種則用于高性能的通用變頻器。通常有種系統(tǒng)形式即有速度傳感器的矢量控制無速度傳感器的矢量控制和無速度傳感器的直接轉(zhuǎn)矩控制。其中第種控制精沒島且動(dòng)態(tài)性能好，似變頻器系統(tǒng)復(fù)雜。價(jià)格較貴；后種則控制精度和性能稍遜，但變頻器系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，價(jià)格較便宜。

　　此外，還有些簡(jiǎn)化或改進(jìn)的控制方式，如矢量演算的以控制直接矢量控制其磁通由測(cè)算而不是，算得化等4.5產(chǎn)品覽茲將國(guó)外有代性的中高壓變頻器列于2，它們各有千秋，可以說，目前還處于百花齊放的階段。國(guó)內(nèi)如北京凱奇新技術(shù)公司北京利生華福技術(shù)有限公司推出的產(chǎn)基木以1；為功率器件，采用單元串聯(lián)多電平方案。

　　公司型號(hào)系列規(guī)格系統(tǒng)逆變器，整流器控制方式結(jié)構(gòu)功率器件型式電路直接串聯(lián)極管整流器，燦整流器無速度傳感器直接矢量控制矢量控制12脈波極管整流024脈波極管整流可選蚪整流稱有源前端可選矢量控制電平12脈波極管整流24脈波極管整流可選直接轉(zhuǎn)矩控制肘整流器多相極管整流無速度傳感器矢量控制簡(jiǎn)易型可達(dá)330出單元串聯(lián)多電平矢量控制，無速度傳感器矢量控制多重化K協(xié)調(diào)控制有矢量運(yùn)算的控制，有速度傳感的矢量控制可選合以榮。冷培咩。電力中。技術(shù)礎(chǔ)叫。南心4；卣大7出，喪社。

　　冷增祥。1高壓變頻調(diào)速電源。全國(guó)電源技術(shù)年會(huì)論文集，韓安榮。通用變頻器及其應(yīng)用第2版肘。北京機(jī)械工業(yè)出版2000.

　　劉錫柵。采用新型器件1尤的大容量變頻調(diào)速系統(tǒng)。ilagait2OOa47l3.