【正文】 電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)和矢量控制技術(shù)得到了日益完善。 按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和國際慣例，供電電壓若小于 1kV 時稱為低壓，若在 1kV~10kV 之間稱為中壓，大于 10kV 以上則稱為高壓，但是，由于中壓和高壓的變頻器或電機(jī)有著許多共同的特點(diǎn)，控制策略類似，所以統(tǒng)稱中高壓變頻器或中高壓電機(jī)。 變頻器是通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動機(jī)的電力控制設(shè)備。比如冶金行業(yè)需要采用變頻器的電機(jī)大概達(dá)到70%。電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。 散熱形式：熱管 或 水冷216。本課程擬電力電子技術(shù)和自動控制課程基礎(chǔ)上分析設(shè)計(jì)出一礦用變頻電源，主要技術(shù)參數(shù)要求如下：216。 額定功率：500 KW、800 KW、1200 KW、1500KW216。 結(jié)構(gòu)形式：防爆216。變頻器在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用都非常廣泛。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，能實(shí)現(xiàn)對交流異步電機(jī)的軟起動、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護(hù)等功能。通常，把能將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為變頻器。中高壓變頻器能夠使電機(jī)無級調(diào)速，在工業(yè)生產(chǎn)中，能夠滿足對電機(jī)調(diào)速控制的要求，不僅可以提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，又降低生產(chǎn)成本，而且大幅度節(jié)約能源資源。變頻器以其卓越的性能和優(yōu)點(diǎn)，動搖了直流調(diào)速系統(tǒng)長期以來在提速系統(tǒng)中的統(tǒng)治地位。、提升機(jī)、采煤機(jī)以及焦化廠鼓風(fēng)機(jī)等[24]。當(dāng)前，在適應(yīng)高標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械化礦井的發(fā)展，改變陳舊思想理念的同時，努力提高安裝質(zhì)量是非常重要的。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動技術(shù)正面臨一場新革命。高壓大功率變頻器因其在電磁兼容、電磁輻射、串聯(lián)技術(shù)等方面存在很大的技術(shù)開發(fā)難度，因此也成為世界各大電氣公司競爭的熱點(diǎn)。總的來說，新一代的變頻器應(yīng)具有以下特點(diǎn)：一是全數(shù)字化、功能齊全，能夠補(bǔ)償負(fù)載變化，特別是分布式的具有通信、聯(lián)網(wǎng)功能并具有可編程功能。在今后的幾年內(nèi)，矩陣式變頻器、綠色變頻器等新型變頻器將很快面世。因此，中國的變頻器市場依舊以價格導(dǎo)向?yàn)橹?，但隨著本土品牌的興起，內(nèi)資變頻器企業(yè)的市場份額正逐步擴(kuò)大，特別是近幾年出現(xiàn)加速替代外資品牌的趨勢。隨著國內(nèi)廠家的技術(shù)進(jìn)步和質(zhì)量穩(wěn)定性的提升，加上服務(wù)和價格方面的優(yōu)勢，預(yù)計(jì)未來幾年高端產(chǎn)品被國外廠家壟斷的市場局面將有所改觀。資料顯示，近年來，我國變頻器市場一直保持著12%～15%的增長率，預(yù)計(jì)至少在今后5年內(nèi)，變頻器市場需求仍將保持10%以上的增長率。. 變頻電源發(fā)展趨勢我國電力能源十分短缺，已經(jīng)成為制約生產(chǎn)發(fā)展的重要因素，合理開發(fā)和利用能源已迫在眉睫。煤炭行業(yè)前幾年效益不佳，技術(shù)改造較少，變頻器使用不多。高壓變頻技術(shù)在國外的研究已經(jīng)有三十年的歷史了，隨著開關(guān)器件和控制處理器件的成熟，國外的技術(shù)把我國已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落在了后面。②因?yàn)殚_關(guān)器件所承受的電壓能力有限，因此減小其開關(guān)電壓是高壓變頻器的一個發(fā)展趨勢。因此，具有技術(shù)優(yōu)勢和特點(diǎn)的產(chǎn)品在市場中才具有較大的發(fā)展前景。變頻技術(shù)具有調(diào)速性能好、功率因數(shù)高、可實(shí)現(xiàn)軟啟動等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使變頻器在實(shí)際應(yīng)用中具有顯著的節(jié)能效果。,局部達(dá)到25176。 電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同結(jié)合圖1進(jìn)行工作原理及波形分析。 幾個重要的基本概念：觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度，用a表示，也稱觸發(fā)角或控制角。直流回路的平均電流為： （22）回路中的電流有效值為： （23）由式2. 式2. 3可得流過晶閘管的電流波形系數(shù)： （24）電源供給的有功功率為： （25）其中U為R上的電壓有效值：電源側(cè)的輸入功率為：功率因素為： （26）當(dāng)α=0時，α越大，cosα越低，α=π。 數(shù)量關(guān)系：a 角的移相范圍為180176。晶閘管承受的最大正反向電壓均為 。圖26 單相全控橋帶阻感負(fù)載時的電路及波形c 帶反電動勢負(fù)載時的工作情況在|u2|E時，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能，導(dǎo)通之后，ud=u2， ，直至|u2|=E，id即降至0使得晶閘管關(guān)斷，此后ud=E與電阻負(fù)載時相比，晶閘管提前了電角度δ停止導(dǎo)電，δ稱為停止導(dǎo)電角。當(dāng)觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負(fù)電壓，不可能導(dǎo)通。為了克服此缺點(diǎn)，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個平波電抗器，用來減少電流的脈動和延長晶閘管導(dǎo)通的時間。 圖210 單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載時的電路及波形單相全控橋中，每個導(dǎo)電回路中有2個晶閘管，為了對每個導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，只需1個晶閘管就可以了，另1個晶閘管可以用二極管代替，從而簡化整個電路。但因a點(diǎn)電位低于b點(diǎn)電位，使得電流從VD4轉(zhuǎn)移至VD2，VD4關(guān)斷，電流不再流經(jīng)變壓器二次繞組，而是由VT1和VD2續(xù)流在u2負(fù)半周觸發(fā)角a時刻觸發(fā)VT3，VT3導(dǎo)通，則向VT1加反壓使之關(guān)斷，u2經(jīng)VT3和VD2向負(fù)載供電?；蛴|發(fā)脈沖丟失時，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使ud成為正弦半波，即半周期ud為正弦，另外半周期ud為零，其平均值保持恒定，稱為失控。時的工作原理分析假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管，成為三相半波不可控整流電路。時（如a=60176。（4）需保證同時導(dǎo)通的2個晶閘管均有脈沖可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)另一種方法是雙脈沖觸發(fā)（常用）。變壓器二次側(cè)電流ia波形的特點(diǎn)：在VT1處于通態(tài)的120176。時工作情況ud波形中每段線電壓的波形繼續(xù)后移，ud平均值繼續(xù)降低。出現(xiàn)換相重疊角γ，整流輸出電壓平均值Ud降低。換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。. 濾波電路基礎(chǔ)(1) 濾波的基本概念濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。此時C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2所以剛過90176。 所以，在t1到t2時刻，二極管導(dǎo)電，Ｃ充電，vC=vL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時刻二極管關(guān)斷，vC=vL按指數(shù)曲線下降，放電時間常數(shù)為RLC。反之，當(dāng)ＲL很大，即IL很小時，盡管C較小,工程上有詳細(xì)的曲線可供查閱。2的條件下，近似認(rèn)為VL=VO=。(3)電感濾波電路當(dāng)負(fù)半周時，電感中的電流將經(jīng)由DD4提供。波形圖. 變頻控制電路基礎(chǔ)控制電路主要由單片機(jī)和檢測電路構(gòu)成。頻率檢測電路通過交流電流互感器得到小信號交流電然后經(jīng)過阻容濾波后得到與原信號同頻率的信號，再經(jīng)過過零比較器后輸出為規(guī)則變化的高低電平，即一個周期有兩個電平變化信號，這些信號可以為單片機(jī)所識別。檢測和控制電路如圖4所示。第三章 變頻電源分析設(shè)計(jì) 電源方案設(shè)計(jì)采用單相橋式整流電路完成交流電變換成直流電任務(wù)?？紤]到全控型器件的動靜態(tài)特性和安全性，我們采用智能功率模塊IPM。這種功率模塊是將輸出功率元件IGBT和驅(qū)動電路、多種保護(hù)電路集成在同一模塊內(nèi)，與普通IGBT相比，在系統(tǒng)性能和可靠性上有進(jìn)一步的提高，而且由于IPM通態(tài)損耗和開關(guān)損耗都比較低，使散熱器的尺寸減小，故使整個系統(tǒng)尺寸減小。電路原理框圖如圖2示。變頻器由兩部分組成：主電路和控制電路，其中主電路通常采用交直交方式，先將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?整流，濾波)，再將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電（逆變）。濾波電容濾除整流后的電壓波紋，并在負(fù)載變化時保持電壓平穩(wěn)。電源指示燈HL除了指示電源通電外，還作為濾波電容放電通路和指示。為了避免出現(xiàn)這一現(xiàn)象，必須將再生到直流電路的能量消耗掉，和的作用就是消耗掉這部分能量。另外，當(dāng)電動機(jī)制動時，續(xù)流二極管為再生電流提供通道，使其回流到直流電源。當(dāng)逆變管開通時，迅速下降，迅速升高，并聯(lián)在逆變管兩端的電容由于電壓降低，將通過逆變管放電，這將加速電流的增長率，造成IGBT的損壞。這種緩沖電路的缺點(diǎn)是增加了損耗，所以適用于中小功率變頻器。(2) 設(shè)計(jì)方框圖整流電路中的晶閘管在觸發(fā)信號的作用下動作，以發(fā)揮整流電路的整流作用。電阻負(fù)載主電路主電路原理圖如下：(4) 整流電路參數(shù)的計(jì)算α=180176。：電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中，一般是由控制電路，驅(qū)動電路，保護(hù)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個系統(tǒng)。電路框圖在圖1結(jié)構(gòu)框圖中，控制電路是用來產(chǎn)生IGBT降壓斬波電路的控制信號，控制電路產(chǎn)生的控制信號傳到驅(qū)動電路，驅(qū)動電路把控制信號轉(zhuǎn)換為加在IGBT控制