變頻電源
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變頻電源范文第1篇
論文關鍵詞：低壓；變頻電動機；繞組型式；成型繞組
論文摘要：文章根據變頻電機電源的特點，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、生產成本及它們對中型低壓變頻電動機的實用性和可靠性的影響。
中型（鐵芯外徑Ф500～Ф1000）、低壓（380V～1140V或1650V）一般電動機輸出功率都比較大。通常電源由交流電網供給，電壓穩定，波形基本為正弦波，諧波很少，除大氣過電壓或開關操作過電壓等事故狀態外，電動機正常運轉期間很少受電壓波動的沖擊。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機的繞組形式。
一、中型低壓變頻電動機電源的特點
一般變頻電動機多采用晶體管逆變器供電，晶體管逆變器采用高頻率脈沖，脈沖升降時間很短，從而在電機繞組中產生高電壓諧波，電壓脈沖峰值比標準額定電壓高得多，因而線圈匝間和相間以及同相線圈間的電壓應力可能非常高。有文獻報導：380V電動機相間脈沖電壓達1000V～1100V，相首線圈的脈沖電壓達700V～900V，線圈間脈沖電壓達650V～900V；500V電壓的變頻電動機的電壓應力，相間脈沖電壓達1200V～1400V，相首線圈的脈沖電壓達900V～1000V，線圈間脈沖電壓達8000V～1000V。電壓脈沖峰值與電動機額定電壓呈正相關關系，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受害部位。因此，提高中型低壓電動機繞組耐電壓脈沖應力的問題不容忽視。
二、中型低壓變頻電機繞組型式的評價
（一）散下圓銅線繞組
由于圓銅線散下繞組結構簡單、下線工藝傳統化；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較小，對降低齒諧波幅值、均衡氣隙磁場、改善電機性能、降低溫升、提高出力等有利，所以一般中型低壓的普通電機經常采用，一些小功率變頻電機也采用圓銅線散下繞組。
因電動機功率大、電源電壓低、電流很大，線圈導線并繞根數多達70多根，匝數少至2～3匝，匝間工作電壓高。如采用2級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的線圈首匝與末匝相碰的機遇較多，匝間進行耐壓試驗或運行一段時間后發現一些電機發生匝間短路故障。
即使采用3級漆包線（所謂變頻電機專用線），絕緣層加大了導線的安全距離，但漆層的小孔仍難以杜絕，加厚的漆層在制造期間易變脆，使用期間出現老化變得越來越脆，容易產生危險的裂紋。當浸漬漆填充不好的氣隙、針孔或后發生的裂紋處就很可能在高頻脈沖電壓下發生放電甚至局部出現電暈，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機的可靠性。繞組的過早損壞將縮短中型低壓變頻電機的壽命，有的運行一、二年，甚至幾個月就出現損壞。21寫作秘書網
（二）成型繞組
成型繞組一般是用扁線繞繞制，經漲型、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，因而導體的并繞根數也少得多，導線絕緣占槽面積少；扁線的4個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象，匝間絕緣容易保證，相首相尾線圈加強匝間絕緣也容易做到。槽內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機耐電壓脈沖應力最好的繞組型式之一。但是，成型繞組的端部較長，用銅量多，電阻電抗大，銅耗大。與成型繞組配套的開口槽對氣隙磁場的均勻分布影響較大，使齒諧波幅值增大，附加鐵耗高，電動機效率較低。開口槽的卡氏系數大，加大了有效氣隙長度，導致功率因數不高，鐵芯長，用鐵量大。總之，電動機性能相對較差，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槽內每層一般并排放置兩個半線圈，每半個線圈用扁線繞制，經漲型、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。扁線并繞的根數也比圓線少得多，槽的有效填充系數也挺高，導線排列也很整齊，也沒有首匝末匝相碰或隔匝相鄰的現象，匝間絕緣得以保證，相首相末加強匝間絕緣也容易實現，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機耐電壓脈沖的能力。
半成型繞組端部較散下繞組長，但比成型繞組短，槽口寬度在壯半閉口與開口槽之間，鐵芯長也在兩者之間，用銅量、用鐵量、銅耗、鐵耗、電動機效率、功率因數和電動機制造成本也都在兩面三刀者之間。
三、結論
從以上對比分析得知，雖然成型繞組對提高耐電壓脈沖應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、電機性能較好，但存在耐電壓脈沖功能不足的致命弱點，使電機可靠性差、壽命短。綜合電動機性能、溫升、生產難易程度、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比不失為中型低壓變頻電動機的最佳選擇。
實際生產中，有些電動機生產商在額定電壓690V、額定頻率50HZ、功率范圍為110～1400KW的H355-560變頻調速電機中，就采用半成型繞組，生產了許多規格，并取得了良好效果。
參考文獻
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[3]胡文華．淺變頻電機導線變損的原因[J]．防爆電機，2002，（2）．
變頻電源范文第2篇
關鍵詞：二次回路；漏電保護器；中性線N；保護接地；
1．問題的提出
VPSF變頻串聯諧振試驗裝置（以下簡稱試驗裝置）是普遍用于電力、冶金、石油、化工等行業110kV電纜、變壓器、互感器等電氣耐壓的試驗裝置。VPSF變頻串聯諧振試驗方法是根據串聯諧振的原理[1]，通過改變試驗回路的試驗頻率，使得回路的串聯電抗器的電感L和試品的電容Ck發生串聯諧振，諧振電壓就是加在被試電氣設備的電壓。由于試驗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，電源供給的能量僅為回路中消耗的有功功率，為試品容量的1/Q(Q為回路的品質因數)。因此試驗裝置的電源容量很小，使得裝置本身的重量輕便。所以，裝置的輕便性和實用性都是傳統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換成為可調幅方波電壓。通過主回路開關取得三相線電壓傳送到6脈沖轉換器整流，然后提供給電容組。方波輸出電壓由轉換橋以需要的輸出頻率產生，輸出電壓的有效值通過調整脈沖寬度實現無級可調。
試驗裝置控制系統是變頻諧振系統的核心模塊，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量值(電壓、頻率、電流)，以及顯示系統的運行狀態。所有的控制信號由微處理器產生，在它的控制下系統產生一個預設頻率，或者自動將輸出頻率調整到諧振頻率，以達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，供給控制系統的微處理器和其他相關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，這種接線方式就會造成當試驗裝置的主電源合閘后，交流380V的其中一相電流會經過試驗裝置的二次回路及地流壓器的中性線N，則在漏電保護器的內部回路中就表現為線路單相接地而動作漏電保護器分閘，從而造成VPSF變頻試驗裝置無法工作。
所以在實際的接線過程中，試驗人員往往會繞過漏電保護器接電，這種接線方式能夠正常操作試驗裝置，但是卻造成了試驗裝置設備和操作人員的安全隱患，比如：
（1）當輸入的電源線或試驗裝置發生單相接地短路時，由于沒有漏電保護器的保護而不會動作分閘，造成三相電壓不平衡，使試驗裝置無法正常工作，長時間電源單相接地還可能會引起火災等事故。
（2）如果在試驗工作中發生人員單相觸電事故，由于沒有通過漏電保護器，只能靠空氣開關、熔斷器等保護電器動作分閘，而它們動作電流比漏電保護器大的多，動作有一定的延時，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的配電變壓器引入，還可能會因為試驗裝置的接地點與配電變壓器的接地點之間的接地電阻大而造成試驗設備二次回路電壓過低而無法正常啟動。
2．漏電保護器動作原理[3]
為能說明這個問題，需要介紹一下漏電保護器的動作原理。下面就漏電保護器在供電系統中的工作原理。
圖1是三相四線制供電系統的漏電保護器工作原理示意圖。TA為零序電流互感器，QF為主開關，TQ為主開關的分勵脫扣器線圈。在被保護電路工作正常，沒有發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 的二次側不產生感應電動勢，漏電保護器不動作，系統保持正常供電。
當被保護電路發生漏電或有人觸電時，由于漏電電流的存在，通過TA一次側各相電流的相量和IΣ不再等于零，產生了漏電電流IX ，這使得TA鐵心中的磁通相量和ФΣ也不再等于零，相應的產生了漏磁通ФX ，此時在鐵心中也就出現了交變磁通。在交變磁通作用下，TQ二次側線圈就會產生感應電動勢，此漏電信號經中間環節進行處理和比較，當達到預定值時，使主開關分勵脫扣器線圈TQ通電，驅動主開關QF自動跳閘，切斷故障電路，從而實現保護。
3．VPSF變頻試驗裝置輸入電源改進方法
根據上述的VPSF變頻試驗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器的下樁頭，中性線N直接接地，就會造成漏電保護器誤動作。而把交流380V三相電源繞過漏電保護器接在閘刀的下樁頭，雖然變頻試驗裝置能夠正常的工作，負荷電流過大或者發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裝置發生單相接地和人員發生觸電事故的時候，都不能正常動作分閘，造成了設備和人身的事故隱患。所以試驗裝置的輸入電源需要做一定的改進。
⑴要保證漏電保護器能夠被接入輸入電源的回路中，這就需要把中性線N與保護接地分開，把交流380V三相電源和中性線N都從漏電保護器下樁頭接入到VPSF變頻試驗裝置的電源側，使整個220V單相回路不通過大地構成環流。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電源同等的對地絕緣水平，這是因為如果回路發生單相接地，根據變壓器繞組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，此時中性點會發生漂移，中性線N對地就會產生一定的電壓，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與試驗裝置操作箱絕緣了，如果在試驗過程中高壓回路發生擊穿，高電壓串入到低壓回路中，就會使試驗裝置外殼帶電，危及試驗人員的生命安全，所以還需要在試驗裝置操作箱外殼上安裝直接接地點，把保護接地線直接接在這個接地點上。同時為了保持操作箱內的電位穩定和和保護電子元器件的安全，還必須將試驗裝置操作箱內部的接地點統一引到操作箱外殼上的接地點上接地。
通過以上的兩點對VPSF變頻試驗裝置的電源改進，使試驗裝置既能在正常的情況下安全的使用，也能在發生單相接地事故、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備的安全。
參考文獻:
[1] 蔡翊濤。變頻串聯諧振試驗方法的應用。《變壓器》2005年第10期。
變頻電源范文第3篇
風機、水泵等領域中交流電機傳動的應用越來越廣泛。常見的是鼠籠異步電動機
或繞線異步電動機，異步電動機傳動需要調速，而變頻調速是最理想的。傳統的
變頻調速系統中變頻器容量與交流機容量相當或稍大，因此系統復雜而且投資
大，對電網諧波污染也大。無刷雙饋電機是一種結構簡單、堅固可靠、異同步通
用的電機，可在無刷情況下實現雙饋。它具有功率因數可調、高效率的特點，可
應用于調速系統和變速恒頻恒壓發電系統中。本文以籠型轉子型式的無刷雙饋電
機為對象，對無刷雙饋電機的運行原理、控制電路設計和控制方法等方面進行了
深入的研究。
關鍵詞：無刷雙饋電機控制電路變頻
1 概述
在電氣傳動的發展過程中，根據在完成電能－機械能的轉換過程中所用的執行部件－直流電動機或交流電動機的不同，通常將其分為直流電氣傳動和交流電氣傳動兩大類[1]。
20世紀以來，在需要可逆、可調速與高性能的電氣傳動領域中，由于直流電動機與交流電動機相比較，它在技術上更容易滿足生產中對電氣傳動在啟動、制動、正反轉以及調速精度、調速范圍等靜態特性和動態響應方面的高要求，所以直流電氣傳動系統在相當長的時間內占據統治地位。
但直流電機通過金屬換向器換流，存在自身機械和電氣方面的弱點，維護量大，且存在環流火花，在安全性能要求高的應用場合不能使用。隨著電力電子技術和自動控制技術的迅速發展以及各種高性能電力電子元器件產品的出現，阻礙交流電動機迅速發展的一些因素相繼被克服，在原直流電動機領先的一些性能上，如寬廣的調速范圍、較高的穩速精度、快速的動態響應和四象限運行等方面，交流電動機都能與直流電動機相媲美。又由于交流電動機本身具有結構簡單、堅固耐用、經濟可靠和慣性小等優點，可適用于直流電動機無法比擬的場合。因此，交流電動機在電氣傳動領域中占有越來越重要的地位，并己發展成機電一體化的電氣傳動技術。
在交流電動機中，籠型轉子感應電機以其結構簡單、價格低廉和運行可靠等眾多優勢在交流調速系統中得到了普遍使用。然而，由于籠型電機所需的變頻驅動裝置的容量要大于電機的額定功率，其價格是電機價格的二到三倍，特別是高壓變頻裝置，價格更是電機的十幾倍，因此限制了其在大容量范圍內的推廣應用。而同時通過對另一種繞線轉子感應電機的研究，了解到它控制的是具有轉差頻率的轉子電流，其功率僅為定制繞組輸入功率的幾分之一，在風機泵類負載中由于其調速范圍通常只在70％－80％的額定功率之間[2]，因此，這種驅動系統只需要一個很小的功率轉換器。但是由于電機本身是有刷結構，運行可靠性差，需要經常維護，特別是有些易燃易爆的應用場合不能使用。
那么，能不能找到一種新的方法，使調速系統既具有同步電動機調速系統功率因數可調的優點，又具有籠型異步電動機調速系統需要較少的維護的，并且控制簡單的特點呢?為了解決這個技術難題，近幾年來，許多國內外學者將目光投向無刷雙饋電機(簡稱BDFM)。這種電機不僅具有籠型轉子的簡單結構，而且具有繞線式轉子異步電機和同步電機的優良特性；既可同步又可異步運行，既可作為交流調速電機，又可作為變速恒頻發電機，可以在無刷的情況下實現雙饋電。無刷雙饋電機在運行時所要求的變頻器容量小，降低了系統的成本。作為發電機可實現變頻恒速發電，特別適用于風力發電、變落差水力發電、潮汐發電等可再生能源的開發、利用，因此無刷雙饋電機的應用越來越受注目，作為一種新型電機的研究也正在獲得不斷發展。
2 無刷雙饋電機的國內外研究現狀
無刷雙饋電機是在20世紀初Hunt提出的自級聯感應電機的基礎上發展起來，后來的Creedy,特別是到了70年代Brodway等人在Hunt發明的電機結構基礎上進行了較大改進，研究了實用的定轉子繞組，簡化了電機結構，拓寬了電機的應用范圍，使該類電機具有同步電機的運行特性[3]。在近二十幾年的時間中，美國Wisconsin大學、Ohio州立大學、Oregon州立大學等高等學校和科研機構對無刷雙饋電機進行了較為系統和深入的研究。英國、日本和澳大利亞等國也在對該種電機進行研究。近年來，在英美等國，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Oregon州立大學以及以Williamson教授為首的英國劍橋大學，他們重點研究籠型轉子結構的無刷雙饋電機(BDFM)；另一流派是以T. A. Lipo教授為首的Wisconsin大學和以L. Xu教授為首的Ohin州立大學，他們重點研究磁阻轉子結構的雙勵磁磁阻電機[4]。他們對無刷雙饋電機的轉子結構各持己見，對兩種轉子結構的無刷雙饋電機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。
在無刷雙饋電機的性能仿真研究領域，國內外學者做了許多工作。分別建立了同步和雙饋運行的無刷雙饋電機在d-q-0坐標系統中的數學模型和通用數學模型，并進行了仿真研究。可以看出，現有的無刷雙饋電機的數學模型大多建立在d-q-0坐標系基礎之上，雖然參數計算簡單一些，但模型中的電壓電流等狀態變量與電機繞組中的實際電壓電流不同，計算值需要通過坐標變換方可與測試值相比較，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，給無刷雙饋電機調速系統的仿真研究帶來一定的困難。因而，上述數學模型不夠直觀，使用起來也不夠方便。國內外學者研究給出的不同轉子結構無刷雙饋電機的數學模型，不僅形式各異，而且在仿真研究中大多忽略了電感參數脈動和諧波的影響，因此缺乏準確性。
雖然近二十年來，國內外許多學者對無刷雙饋電機進行了分析的研究，取得了一些成果并發表了許多相關的論文，他們對該種電機的運行原理、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。但是無刷雙饋電機的研制水平卻略顯滯后。就所查閱的有關文獻來看，到目前為止，以美國 Orgon 州立大學Wallace教授為首的研究小組公布了一臺5hp籠型轉子無刷雙饋電機樣機的試驗結果，并將一臺45KW的實用樣機應用于某廢水處理廠。國內尚未見到無刷雙饋電機樣機的實驗數據的有關報道和文獻。因此，研制較大功率的無刷雙饋電機的實驗樣機，并從理論和實驗兩方而來進行對比研究，對于推動該種電機的發展具有重要意義。 在國內對無刷雙饋電機研究總體起步較晚，90年代以來，國內一些高等院校和科研機構對該種電機進行了研究，取得了一些成果，但總的來說，國內對無刷雙饋電機的研究尚處于基礎研究階段，還未推廣應用到實際生產中，因此，對該種電機的研究開發還有許多的工作要做。
3 無刷雙饋電機的工作原理及特點
無刷雙饋調速電機工作原理：定子繞組由2套極對數不等（）的三相對稱繞組構成，分別稱為功率繞組和控制繞組。它們可以是彼此獨立的2套繞組組成，也可由1套三相繞組通過變極聯結獲得兩種不同極數的三相對稱繞組。
當功率繞組接入工頻（）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有電流流過，因此在氣隙中產生兩個不同極對數的磁場，這兩個磁場通過轉子的調制發生交叉耦合，構成了實現能量傳遞轉換的基礎。
可見無刷雙饋電機可通過改變與控制繞組相連的變頻器的輸出來調節轉速，能夠實現無刷雙饋電機的無級調速，其調速的范圍與功率繞組和控制繞組的極對數及電源的輸出頻率有關。
與傳統的交流電機相比，無刷雙饋電機具有以下特點：
通過變頻器的功率僅為電動機總功率的一小部分，可以大大降低變頻器的容量，從而降低了調速系統的成本；
由于變頻器容量的減少，使得因變頻器中的開關元件而產生的諧波減少，從而有益于電網的安全和經濟運行，也有利于電機的運行；
功率因數可調，可以提高調速系統的力能指標；
與有刷雙饋和串調系統相比，取消了電刷和滑環，提高了系統運行的可靠性；
即使在變頻器發生故障的情況下，電動機仍然可以運行于感應電動機狀態下；
電機的運行轉速僅與功率繞組和控制繞組的頻率及其相序有關，而與負載轉矩無關，因此電機具有硬的機械特性；
可方便的實現多種運行方式。通過改變定子控制繞組的供電方式，同一臺電機既可作同步電機使用，也可作異步電機使用。
無刷雙饋電機作為交流勵磁發電機，可以實現變速恒頻恒壓運行，特別適合于多極低速水力或風力發電系統。在對無刷雙饋電機的研究取得重大進展和突破之后，將其用于抽水蓄能電站機組以取代繞線式感應電機，從而提高電機的運行可靠性，也是無刷雙饋電機一個很有發展前景的應用領域。對該種電機的研究和開發可望有效解決制約傳統交流電機及其調速系統發展的某些關鍵技術問題，以及水力、風力發電系統的恒頻變速問題。
4無刷雙饋電機的控制策略的探討
交流電氣傳動系統有兩種比較成熟的控制方法:矢量控制(VC)和直接轉矩控制(DTC)。矢量控制是德國的研究人員在二十多年前提出的，現在己經比較成熟，并已廣泛應用，很多生產廠商都推出了他們的矢量控制交流傳動產品，最近又大量推出了無速度傳感器的矢量控制產品。盡管在高性能驅動產品中使用AI技術會極大地提高產品的性能，可是到目前為止只有兩個廠家在他們的產品中使用了人工智能(AI)控制器；直接轉矩控制是大約在十五年前由德國和日本的研究人員提出的，在過去十年中得到大量的研究，現在ABB公司已向市場推出了直接轉矩控制的傳動產品，使得人們對直接轉矩控制的研究興趣增加，將來在直接轉矩控制中將會用到人工智能技術，并將完全地不需要常規的電機數學模型了。但是這兩種相對成熟的控制方法以及最近出現的瞬時功率控制方法一般運用于普通的感應電機，對新型、特殊電機的運用實例還很少見。
由于對無刷雙饋電機的理論研究的不成熟和電力電子技術和器件的限制，早期的無刷雙饋電機都只是對電機本體進行研究，很少涉及到電機的閉環控制。70年代Hunt發明的電機，也沒有涉及到電機的速度和功率因數的控制，僅對無刷雙饋電機的開環性能進行了研究。
80年代末90年代初，無刷雙饋電機動態數學模型和兩軸數學模型的建立，為無刷雙饋電機的動態仿真和控制性能的優化提供了堅實的基礎。各種控制方法被應用于無刷雙饋電機，如標量控制、磁場定向控制、直接轉矩控制、模型參數自適應控制等等。而電力電子器件和微處理器的發展，如IGBT, 80C196,DSP等，又進一步促進了無刷雙饋電機的發展。目前，國外都在研究及開發無刷雙饋電機調速系統，在美國、德國、俄羅斯等國已有成功經驗，效果很好，并已在工業電力傳動和恒頻恒壓發電領域應用。如前蘇聯系列化生產315 - 2000Kw的雙饋電機調速系統；日立公司在90年代初研制容量高達 395Kw的雙饋發電機系統，并已在抽水蓄能電站投入使用；西門子公司生產了500～5000Kw系列恒頻恒壓雙饋發電機系統。
隨著智能控制技術的成熟，以及實現智能控制的器件的進一步發展，智能控制技術運用于電氣傳動的趨勢越來越明顯。將智能控制技術運用于電機控制系統是電機控制系統發展的方向。目前，國內外學者對這一新技術正進行著廣泛深入的研究，但是將智能控制技術應用于無刷雙饋電機的科研文獻幾乎沒有。無刷雙饋電機盡管有其獨特的優點(如總成本較低、功率因數可調、在變頻器發生故障時電動機仍可運行于感應電動機狀態等等)，但也有一些其特有的問題(如諧波較大、控制方法比較復雜等)。如何將比較成熟的智能控制技術運用于無刷雙饋電機上，充分發揮無刷雙饋電機的優勢，盡量避免其固有的弱點，是無刷雙饋電機進一步研究的重點，也是無刷雙饋電機調速系統的發展方向。
無刷雙饋電機在雙饋運行模式下的調速原理在緒論無刷雙饋電機的原理中己有介紹，穩態時其轉速表達式為:
（5-1）
由式（5-1）描述的轉速和頻率關系可以清楚的看出，BDFM在這種運行模式下轉速與頻率、極對數的關系呈同步電機特征，即在理想狀態，、和確定的情況下，可以認為給定一個控制繞組電源的輸入頻率，就對應有一個電機轉速n。若在-50Hz到+50Hz范圍內變化，則轉速n應在全速范圍內跟隨變化，從而使得電機有一個寬廣的轉速調節范圍。
以下是對無刷雙饋電機開環運行的問題和各種控制策略的分析[5][6]。
無刷雙饋電機的開環運行的效果都不是很好，主要存在著以下的幾個問題:
諧波含量大。因為無刷雙饋電機是通過改變變頻器的電壓和頻率來進行調速的，電機的電流等參數的諧波含量大，特別是在電機的運行狀態改變的瞬間電磁轉矩、轉速波動較大。
電機的損耗大，因為變頻器輸出的電流存在豐富的諧波分量，所以無刷雙饋電機的損耗就比一般的異步電機要大。
單饋運行時存在著“轉換轉矩”點，在此轉換轉矩附近電機的特性性質不一樣。當負載轉矩小于“轉換轉矩”，電機相當于極普通異步電機；當負載轉矩大于“轉換轉矩”時電機就相當于極普通的異步電機。實際應用中，如果電機的負載轉矩恰好在這個轉換轉矩附近變動，則電機運行不穩定，易造成事故。
開環運行，不能有效地發揮無刷雙饋電機的優勢。無刷雙饋電機通過適當地調節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節輸入電機的無功分量來調節功率繞組的功率因數。開環運行于一定的功率因數時，所對應的變頻器的電壓和相位差計算量大，實際逐步可能得到精確的結果，因此不能有效地控制電機的功率因數。
無刷雙饋電機的結構復雜，發熱量較普通異步電機大。電機的參數如電阻等易受外界的影響而改變，參數的變化和測定的正確與否直接影響控制的成功實現。
5結論與展望
無刷雙饋電機是在級聯電機的基礎上，結合電機設計技術和控制策略實現的一種新型電機。它具有簡單牢固的無刷電機結構、可調節的功率因數、可回饋使用的轉子轉差功率、小容量的調速控制裝置以及多種運行模式等特點，在變頻調速和變速恒頻發電領域具有重大研究價值和實際應用意義，得到國內外研究者的日益重視。
本文在參考許多資料的基礎上，通過對無刷雙饋電機的特點的了解，從而對無刷雙饋電機的控制策略進行了研究，并對其控制系統進行了硬件上的設計和分析。具體一些工作內容大致如下：
對于無刷雙饋電機有了一個明確的概念，分析和研究了無刷雙饋電機結構特點及工作原理，了解了無刷雙饋電機的運行特性，并對其閉環控制策略進行了研究。
對無刷雙饋電機用的交流變頻電源從理論上進行了詳細的分析，主要工作是對其主電路的硬件電路、控制電路進行了透徹的分析、研究和設計。
變頻電源范文第4篇
關鍵詞：變頻器 過電壓故障 原因 對策
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）引起電動機磁路飽和。對于電動機來說，電壓主過高必然使電機鐵芯磁通增加，可能導致磁路飽和，勵磁電流過大，從面引起電機溫升過高；（2）損害電動機絕緣。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，對電機絕緣壽命有很大的影響；（3）對中間直流回路濾波電容器壽命有直接影響，嚴重時會引起電容器爆裂。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。
二、產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方面：
（1）來自電源輸入側的過電壓
通常情況下的電源電壓為380V,允許誤差為-5%-+10%,經三相橋式全波整流后中間直流的峰值為591V,個別情況下電源線電壓達到450V,其峰值電壓也只有636V,并不算很高，一般電源電壓不會使變頻器因過電壓跳閘。電源輸入側的過電壓主要是指電源側的沖擊過電壓，如雷電引起的過電壓、補償電容在合閘或斷開時形成的過電壓等，主要特點是電壓變化率dv/dt和幅值都很大。
（2）來自負載側的過電壓
主要是指由于某種原因使電動機處于再生發電狀態時，即電機處于實際轉速比變頻頻率決定的同步轉速高的狀態，負載的傳動系統中所儲存的機械能經電動機轉換成電能，通過逆變器的6個續流二極管回饋到變頻器的中間直流回路中。此時的逆變器處于整流狀態，如果變頻器中沒采取消耗這些能量的措施，這些能量將會導致中間直流回路的電容器的電壓上升。達到限值即行跳閘。
2.從變頻器負載側可能引起過電壓的情況及主要原因
從變頻器負載側可能引起過電壓的情況及主要原因如下：
（1）變頻器減速時間參數設定相對較小及未使用變頻器減速過電壓自處理功能。當變頻器拖動大慣性負載時，其減速時間設定的比較小，在減速過程中，變頻器輸出頻率下降的速度比較快，而負載慣性比較大，靠本身阻力減速比較慢，使負載拖動電動機的轉速比變頻器輸出的頻率所對應的轉速還要高，電動機處于發電狀態，而變頻器沒有能量處理單元或其作用有限，因而導致變頻器中間直流回路電壓升高，超出保護值，就會出現過電壓跳閘故障。
大多數變頻器為了避免跳閘，專門設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定值以下后再繼續減速。如果減速時間設定不合適，又沒有利用減速過電壓的自處理功能，就可能出現此類故障。
（2）工藝要求在限定時間內減速至規定頻率或停止運行。工藝流程限定了負載的減速時間，合理設定相關參數也不能減緩這一故障，系統也沒有采取處理多余能量的措施，必然會引發過壓跳閘故障。
（3）當電動機所傳動的位能負載下放時，電動機將處于再生發電制動狀態。位能負載下降過快，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，過電壓故障也會發生。
（4）變頻器負載突降。變頻器負載突降會使負載的轉速明顯上升，使負載電機進入再生發電狀態，從負載側向變頻器中間直流回路回饋能量，短時間內能量的集中回饋，可能會中間直流回路及其能量處理單元的承受能力引發過電壓故障。
（5）多個電機拖動同一個負載時，也可能出現這一故障，主要由于沒有負荷分配引起的。以兩臺電動機拖動一個負載為例，當一臺電動機的實際轉速大于另一臺電動機的同步轉速時，則轉速高的電動機相當于原動機，轉速低的處于發電狀態，引起了過電壓故障。處理時需加負荷分配控制。可以把變頻器輸出特性曲線調節的軟一些。
（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，中間直流回路對直流電壓的調節程度減弱，在工藝狀況和設定參數未曾改變的情況下，發生變頻器過電壓跳閘幾率會增大，這時需要對中間直流回路電容器容量下降情況進行檢查。
三、過電壓故障處理對策
對于過電壓故障的處理，關鍵一是中間直流回路多余能量如何及時處理；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。下面是主要的對策。
1.在電源輸入側增加吸收裝置，減少過電壓因素
對于電源輸入側有沖擊過電壓、雷電引起的過電壓、補償電容在合閘或斷開時形成的過電壓可能發生的情況下，可以采用在輸入側并聯浪涌吸收裝置或串聯電抗器等方法加以解決。
2.從變頻器已設定的參數中尋找解決辦法
在變頻器可設定的參數中主要有兩點：是減速時間參數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載減速時間時，變頻器減速時間參數的設定不要太短，而使得負載動能釋放的太快，該參數的設定要以不引起中間回路過電壓為限，特別要注意負載慣性較大時該參數的設定。如果工藝流程對負載減速時間有限制，而在限定時間內變頻器出現過電壓跳閘現象，就要設定變頻器失速自整定功能或先設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.通過控制系統功能優勢解決變頻器過電壓問題
在很多工藝流程中，變頻器的減速和負載的突降是受控制系統支配的，可以利用控制系統的一些功能，在變頻器的減速和負載的突降前進行控制，減少過多的能量饋入變頻器中間直流回路。如對于規律性減速過電壓故障，可將變頻器輸入側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，相對加大中間直流回路承受饋入能量的能力，避免產生過電壓故障。而對于規律性負載突降過電壓故障，可利用控制系統如SIEMENS的PLC系統的控制功能，在負載突降前，將變頻器的頻率作適當提升，減少負載側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的變頻器在出廠時內部中間直流回路均裝有控制單元和泄放電阻，大于7.5kW的變頻器需根據實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，可能出現頻繁投切或長時間投運，致使電阻溫度升高、設備損壞。
5.在輸入側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增加逆變電路，可以將多余的能量回饋給電網。但逆變橋價格昂貴，技術要求復雜，不是較經濟的方法。這樣在實際中就限制了它的應用，只有在較高級的場合才使用。
6.采用在中間直流回路上增加適當電容的方法中間直流回路電容對其電壓穩定、提高回路承受過電壓的能力起著非常重要的作用。適當增大回路的電容量或及時更換運行時間過長且容量下降的電容器是解決變頻器過電壓的有效方法。這里還包括在設計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換取過電壓能力的提高。
7.在條件允許的情況下適當降低工頻電源電壓
目前變頻器電源側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，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400V以上，對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放置在低壓檔，通過適當降低電源電壓的方式，達到相對提高變頻器過電壓能力的目的。
8.多臺變頻器共用直流母線的方法
變頻電源范文第5篇
關鍵詞:起重機；變頻調速；控制原理
中圖分類號： TH2 文獻標識碼： A
引言
起重機作為一種重要的起重運輸機械，在工業生產中得到了廣泛的應用。對于起重機起升機構的控制，往往要求從控制精度、速度以及防擺等方面進行綜合考慮。變頻調速以其優異的調速和啟、制動性能，高效率、高功率因數和節能效果，廣泛的適用范圍及其他許多優點而被國內外公認為最有發展前途的調速方式，是當今節能、改善工藝流程、提高產品質量、推動技術進步的一種主要手段。變頻調速系統在起重機上的應用有著廣闊的前景。
1、變頻調速在起重機中的應用
變頻器變頻的控制主要現有恒壓/頻比、磁通矢量和直接轉矩(DTC)三種，在起重機變頻調速電控系統中，起升機構通常選用高性能磁通矢量控制開環或閉環變頻調速力一案，平移機構通常選用壓/頻比協調控制的開環或閉環變頻調速力一案。變頻調速電控設備由核心部件變頻器和它的可選件如電源進線開關、線路接觸器、輔助開關、輔助繼電器等組成。
2、變頻調速在起重機中的應用
起重機變頻調速一般用在起升、大小車運行、回轉、變幅、抓斗開閉等機構中，由變頻電機、變頻器、控制器件及線路保護開關等組成。為了防止變頻器對外界的干擾和提高電機控制的精度，加入變頻器制動單元、制動電阻以及濾波器等。還在起升機構的變頻電機內配備有光電旋轉編碼器，以提高調速精度和響應速度。同時控制器件采用PLC與繼電器相結合，提高控制系統可靠性。
起重機變頻調速系統由主令控制器或電位器作為輸入給定，通過變頻調頻調速電控設備、荷重測控儀、限位開關、制動器等配合使用，控制起重機起升和平移機構的交流變頻異步電動機起制動、順逆運轉與速度調節。可實現零速抱閘，對制動器無磨損;任意低的就位速度，可用于精確吊裝;速度的平滑過渡，對機構和結構件無沖擊，提高運行安全性;極低的起動電流，減輕用戶電網擴容的負擔;較寬的調速范圍，可提高工作效率;節能的調速方式，減少系統運行能耗等要求。
2.1、變頻調速的缺點
起重機變頻調速的缺點主要體現在變頻調速控制系統的電磁兼容性的一面，即變頻調速系統易對機上其它電氣設備產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體開關器件，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，會干擾供電系統、負載及其它鄰近的電氣設備，嚴重時會使電氣設備不能正常工作甚至誤動作，會降低起重機整機的可靠性，危及設備和人身安全。變頻調速系統電子元器件多，控制信號是弱電信號，容易受到外界干擾，引起變頻器及控制系統誤動作。
2.2、重視技術資料的收集整理運用
由于變頻調速起重機的技術含量較高，對于大多數鐵路裝卸部門來說，是一個全新的課題，因此必須十分重視技術資料的收集整理運用，如使用說明書，用戶手冊，操作培訓手冊，電氣原理圖，電氣布線圖等。經常要記錄變頻器及電機的運行數據，包括變頻器輸出頻率，輸出電流，輸出電壓，變頻器內部直流電壓，散熱器溫度等數，與合理數據對照比較，以利于早日發現故障隱患。
2.3、防溜鉤技術
即滿負載時在空中制動停車或再提升時不產生溜鉤現象。在重物開始升降或停止時要求制動器和電動機之間的動作必須緊密配合，因為制動器從抱緊到松開，以及從松開到抱緊的動作過程需要一定的時間，而電動機轉矩的產生或消失是在通電或斷電瞬間就立刻做出反應。變頻器具有零速全轉矩功能，可有效地防止溜鉤，其原理是變頻器在速度為0的狀態下，能保持電動機有足夠大的轉矩且不需要速度反饋，這就保證了當吊鉤由升降狀態降速為0時電機能使重物在空中停止，直到電磁制動器將軸抱住為止，從而防止了溜鉤。
根據重物提升、輕載(或空鉤) 、重物下降運行特點的不同，提升電動機的機械特性分別在 4個象限運行。重物提升時，電動機產生正向電磁轉矩。電動機的旋轉方向與電磁轉矩方向相同，處于電動機狀態，其機械特性在第Ⅰ象限，如圖 1 中曲線①，減速時電機工作點在第Ⅱ象限的曲線②上，速度下降到位后再運行在第Ⅰ象限的曲線②上。輕載( 或空鉤) 下降時，電動機反向運行，電動機的電磁轉矩和轉速都是負的，故機械特性曲線在第Ⅲ象限，如圖1 中的曲線③，減速時電機工作點在第Ⅲ象限的曲線③上，速度下降到位后再運行在第Ⅲ象限的曲線④上。重載下降時，重物具有因自身的重力而下降的能力，從而使電動機的旋轉速度超過了同步轉速，而進入再生制動狀態電動機的旋轉方向是反轉 (下降) 的，但其轉矩的方向卻與旋轉方向相反，是正向的，其機械特性如圖 1 中曲線⑤，工作點在第Ⅳ象限時，電動機的作用是防止重物由于重力加速度的原因而不斷加速，以達到使重物勻速下降的目的。在這種情況下，摩擦轉矩將阻礙重物下降，故重物在下降時構成的負載轉矩比上升時小。
圖1 提升變頻器四象限運行特性圖
主起提升裝置的溜鉤現象經常發生在電動機運行狀態之間的切換點上以及變頻器的硬件故障中。
2.4、再生制動能量處理技術
即電機減速或重載下放時再生制動能量必須迅速釋放。對再生制動能量的處理有2種方式:一種是用制動單元和制動電阻來吸收;另一種是通過在直流側設置公共母線的逆變橋使之回饋到電網。采用能耗電阻的方式，在制動單元和制動電阻的選擇上應考慮到起升機構屬位能性負載特性，不能使用制造廠商推薦的制動單元和制動電阻的容量，必須增大制動單元和制動電阻的容量，電阻的阻值決定著制動電流，也就決定著制動時間的長短。起重機變頻調速系統中長時間的制動轉矩特性決定需要考慮的并不是它的阻值，而是它的功率，即在設計中把制動電阻的功率增加一倍，以保證再生制動能量的迅速釋放。
2.5、變頻再起升中應用
變頻調速系統的功能參數設定完后,就可進行系統試運行。應先在變頻器操作盤上進行速度給定,手動起動變頻器,讓起升電動機空載運轉一段時間,并且這種試運行可以在5,10,15,20,25,35,50Hz等幾個頻率點進行,注意觀察電動機的運轉方向是否正確,轉速是否平穩,顯示數據是否正確,溫升是否正常,加減速是否平滑等。單臺變頻器試運行正確后,再接入脈沖編碼器模塊進行速度閉環調試,試運行起升機構變頻調速系統。
起升變頻器手動運行無誤后,就可接入PLC控制系統,進行整機聯調。整機聯調中,關鍵要注意觀察變頻器起動與停止時,主起升機械制動器的開閉反應是否快速,鉤頭是否存在溜鉤現象等。其次還要注意觀察鉤頭在下降過程中,制動單元和制動電阻投運后,其溫升是否正常。在重物下放過程中,重物的勢能會釋放出來,此時電動機將工作在反向發電狀態。在鉤頭下降過程中,電動機通過逆變橋向變頻器中間直流回路充電,當直流回路的電壓高于變頻器系統設定值時,變頻器控制斬波器接通,進而使制動電阻投入工作,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定在一個特定電壓范圍內。
2.6、做好變頻器保養工作
保養時，務必切斷電源，電源切斷后，不能立即接觸端子，否則有觸電危險。每臺變頻器每季度要清灰保養1次。保養要清除變頻器內部和風路內的積灰，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;在保養的同時要仔細檢查變頻器，查看變頻器內有無發熱變色部位，電阻有無開裂現象，電解電容有無膨脹誦液防爆孔突出等現象，有沒有發熱燒黃部位。要定時清掃電路板及散熱器上的塵埃，否則當停機幾天后，粘在電路板上的塵埃返潮，當再次送電后變頻器電路板就最容易打火而損壞。注意檢查更換風扇，當風扇有響聲就要及時更換。注意檢查防雷裝置，防治變頻器被雷擊，導致損失加重。要了解周邊地區變頻器維修是否方便.有無維修服務及配件中心，并和其建立業務聯系。
3、結語
隨著電力電子技術和控制理論的高速發展，交流電機變頻調速技術取得了突破性的進展。在我國，對能源的有效利用已經非常迫切。作為能源消耗大戶之一的電機在節能方面是大有潛力可挖的。起重機的控制策略從經典控制到現代控制，又發展到智能控制，起重機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，能夠適應起升鋼絲繩長度的變化和載荷質量大范圍的變化。
參考文獻
[1]鄧肖粵,汪雄海.橋式起重機變頻調速及PLC控制的設計[J].機電工程,2006,09:25-27.
