【正文】 修正系數(shù) (PWM 方式取 ～ ) PCN：變頻器的額定容量 (KVA) 輕載電動(dòng)機(jī)時(shí)變頻器的選擇 電動(dòng)機(jī)的實(shí)際負(fù)載比電動(dòng)機(jī)的額定輸出功率小時(shí)，多認(rèn)為可選擇與實(shí)際負(fù)載相稱的變頻器容量，但是對(duì)于通用變頻器，即使實(shí)際負(fù)載小，使用比按電機(jī)額定功率選擇的變頻器容量小的變頻器并不理想，這主要是由于以下原因； 1) 電機(jī)在空載時(shí)也流過額定電流的 30％～ 50％的勵(lì)磁電流。其中 fo為定子電壓頻率， P為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)， s為轉(zhuǎn)差率， no為異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。前兩種方法轉(zhuǎn)差損耗大，效率低，對(duì)電機(jī)特性都有一定的局限性。前者適用于高速小容量電機(jī)，后者適用于低速大容 量拖動(dòng)系統(tǒng)。=kUf,由于電源電壓通常 是恒定的，即 U為恒定，可知當(dāng)頻率變化時(shí)，磁通也會(huì)發(fā)生變化。通過控制轉(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。特別是低速時(shí)，由于定子阻抗壓降隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化，當(dāng)負(fù)載較重時(shí)可能補(bǔ)償不足，當(dāng)負(fù)載過輕時(shí)又可能造 成過補(bǔ)償，造成磁路飽和。 ②矢量控制的基本點(diǎn)是控制轉(zhuǎn)子磁鏈，以轉(zhuǎn)子磁通定向，然后分解定子電流，使之成為轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)過坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。 目前 , 在中、小容量的變頻器中 , 多采用 IGBT等作為主電路的功率器件 , 幾年前廣泛使用的 BJT現(xiàn)已呈現(xiàn)出被 IGBT 取代的趨勢(shì)。而其根本的改進(jìn)則在于克服了周波變流器輸出頻率低的固有弊病。所謂的雙PWM變流即整流部分也采用電力電子自關(guān)斷器件構(gòu)成 , 并對(duì)其進(jìn)行 PWM控制 , 使交流輸人電流波形為正弦 , 且功率因數(shù)為 1, 這種變流電路也稱單位功率因數(shù)整流器或高功率因數(shù)整流器。近年來人們紛紛尋找去掉該電容或 大幅度減小該電容器容量的方法 , 已提出了多種 方案。但是 , 高頻化也導(dǎo)致兩點(diǎn) 不利的后果：一是器件的開關(guān) 損耗增加 , 使變流器效率降低 : 二是電磁干擾問題突出。 這種三電平逆變器每相電壓可以是三種電平 , 相應(yīng)的三相合成電壓可以在復(fù)平面上占據(jù) 19個(gè)不同的位置。它實(shí)際上就是用一組經(jīng)過調(diào)制的幅值相等、寬度不等的脈沖信號(hào)代替調(diào)制信號(hào) , 用開關(guān)量取代模擬量以實(shí)現(xiàn)功率的高效變換與控制方法。與以上方法不同的是 ,SVM跳出用正弦波作為調(diào)制信號(hào)的常規(guī)思路 , 從電機(jī)的角度出發(fā) , 以直接控制電機(jī)磁鏈的圓形磁通軌跡為目的。 ⑤ 滯環(huán)比較電流跟蹤型 PWM控制這是一種帶反饋的 PWM控制方式 , 即每相 電流反饋回來與電流給定值經(jīng)滯環(huán)比較器比較 , 得出相應(yīng)橋臂功率器件的開關(guān)狀態(tài) , 使得實(shí)際電流跟蹤給定電流的變化。 ⑦ 磁場(chǎng)定向電流控制 PWM方式這是一種在高性能交流傳動(dòng)中常用的方法 ,它通過對(duì)勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的閉環(huán)調(diào)節(jié)得到定子電流或電壓指令 , 然后再用前面任何一種前饋 PWM方式實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制。事實(shí)上 , 當(dāng)載波足夠大時(shí) ,異步調(diào)制的缺點(diǎn)已經(jīng)很不明顯 , 甚至可以忽略。風(fēng)機(jī) 變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)具 有重 節(jié)能效益的技術(shù)。采用先進(jìn)的變頻調(diào)速技術(shù)是發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。給定的速度與經(jīng)由PLC高速計(jì)數(shù)模塊反饋回來的實(shí)際速度相減產(chǎn)生速度誤差，經(jīng) PLC運(yùn)算可得控制量，再由 ABB可升級(jí)的 PLC AC500的 CS31總線、 Profibus DP總線、和 ProfiNET實(shí)時(shí)以太網(wǎng)總線等通訊方式 輸出到變頻器以驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。一臺(tái)可編程序控制器最多只能替代 200~300 個(gè)繼電器組成的控制系統(tǒng)，在體積方面，與現(xiàn)在的可編程序控制器相比，可以說是龐然大物。使得可編程序控制器能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)過程的各個(gè)領(lǐng)域，可編。隨著全球一體化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，努力發(fā)展可編程序控制器在我國(guó)的大規(guī)模應(yīng)用，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的可編程序控制器技術(shù)，應(yīng)該是廣大技術(shù)人員努力的方向。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是可關(guān)斷晶鬧管 GT0，電力晶體管 GTR，絕緣門極晶體管 IGBT， MOS晶閘管及 MTC等具有自關(guān)斷能力全控功率元件的發(fā)展，再加上控制單元也從分離元件發(fā)展到大規(guī)模數(shù)字集成電路及采用微機(jī)控制，從而使變頻裝置的快速性，可靠性及經(jīng)濟(jì)性不斷提高，變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能也得到不斷完善。同時(shí) , 由于可以節(jié)省大量的電能 , 因此 ,變頻調(diào)速技術(shù)也是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì) 效益十分顯著的技術(shù)雖然技術(shù)改造需要投人一定的資金 ,但大約一年左右即可收回成本。變頻空調(diào) 變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛 , 凡是需要電動(dòng)機(jī) , 需要調(diào)速傳動(dòng)的場(chǎng)合 , 都是變頻調(diào)速技術(shù)的用武之地。但單一載波比的同步調(diào)制只能適應(yīng)很窄的調(diào)速范圍。但是這種方式電流控制仍有靜差 , 電流響應(yīng)也不如上一種快。該方法通過周期性地改變載波頻率 , 使得諧波頻譜中幅度較大的諧波分量得以分散 , 頻譜變疏 , 從而使諧波沿頻譜的頻率軸分布更為連續(xù) , 便于減小噪音。采用這種調(diào)制方法 , 直流電壓利用率可得到較大的提高。在此僅就與交流傳動(dòng)有關(guān)的 PWM技術(shù)及值得注意的若干問題作一綜述。在此開關(guān)頻率下 , 為改善 PWM波形、減小諧波分量 , 可以通過增加直流側(cè)電平等級(jí)的方法來實(shí)現(xiàn)。 電力電子技術(shù)中的高頻化趨勢(shì) , 在變頻調(diào)速技術(shù)中也得到了充分的體現(xiàn)。一般電解電容器的壽命較普通電容器的短 , 而且所占的體積也較大。目前交一直一交變頻電路中交一直部分即整流部分 , 多為二極管不控整流或晶閘管相控整流 , 無法實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為 1,且輸人電流中諧波含量也很高。近年來 , 提出了一種基于矩陣變換思想的交一交變頻器 , 也稱為矩陣式變流器 , 引起了人們?cè)絹碓蕉?的關(guān)注。 變頻調(diào)速技術(shù)的核心是 PWM 控制技術(shù) , 變頻器的主電路拓?fù)浜? PWM控制的基本原理很早就已經(jīng)提出 ,但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約 ,在 80年代以前一直未能實(shí)現(xiàn) ,直到進(jìn)入 80年代 , 隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展 ,PWM變頻器才得以實(shí)現(xiàn) , 并在不斷的實(shí)踐中迅速發(fā)展和提高 , 所采用的器件也在不斷地更新?lián)Q代。從公式U=E=*f*N*Φ 看出，磁通正比與 E/f(近似正比與 U/f)，所以保持 E/f（ U/f）的比值不變，就可以保證磁通不變。然而，當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能提出更高要求時(shí)，上述系統(tǒng)還是比直流調(diào)速系統(tǒng)略遜一籌。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 通過三相 二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流 iα iβ 1，再通過按轉(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 iM 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，球的直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。現(xiàn)有的交流供電電源都是恒壓恒頻的，必須通過變頻裝置（即 Variable Voltage Frequency,簡(jiǎn)稱 VVVF裝置），才能獲得變壓變頻的電源。此外，在許多場(chǎng)合，為了保持在調(diào)速時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩不變，需要維持磁通不變，這可由頻率和電壓協(xié)調(diào)控制來實(shí)現(xiàn)，故稱為可變頻率可變電壓調(diào)速 (VVVF)，簡(jiǎn)稱變頻調(diào)速。變頻器就是基于上述原理采用交 直 交電源變換技術(shù)，電力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。有些制造廠 (如 ABB 公司 )還備有確定裝置定額軟件，只要用戶提出明確的負(fù)載圖就可 以確定裝置的輸出定額。 m2) TL：負(fù)載轉(zhuǎn)矩 (N由于電流的脈動(dòng)原因，此時(shí)應(yīng)將變頻器的最大輸出電流降低 10％后再進(jìn)行選定。當(dāng)運(yùn)行方式不同時(shí)，變頻器容量的計(jì)算方式和選擇方法不同，變頻器應(yīng)滿足的條件也不一樣。配合制動(dòng)單元消除回饋電能。 變頻器 時(shí) 對(duì)于電流型 變頻器 ，再生時(shí)直流電流方向不變，而直流電壓的方向反向，所以整流器部分不需要可逆方式，用不可逆整流器即可。 圖 13 變頻器 的多重化構(gòu)成原理圖 a)電壓型 b)電流型 五、 正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn) 三相 電源 中任意兩相交換輸入，就會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。 圖 12 多重化的原理 如果將相位差為 60186。當(dāng) Ur從零上升時(shí)， A1的輸出電壓 U1迅速升到正飽和值 Us， +Us電壓經(jīng)運(yùn)算放大器 A2作反向積分，其輸出電壓 UF負(fù)向線性增長(zhǎng)， UF和 +U1經(jīng) R R3綜合加到運(yùn)算放大器 A3的反相輸入端， R3R2， A3輸出正向上升電壓 UK， UK與 Ur在運(yùn)算放大器 A1中相比較，當(dāng) UK SPANr時(shí)， A1輸出保持 +Us，一旦 UK上升到 UKUr時(shí)， A1迅速翻轉(zhuǎn)輸出負(fù)飽和電壓 Us。其調(diào)制波形如圖 10 所示，圖中畫出三相調(diào)制波形。對(duì)于三相 變頻器 ，必須產(chǎn)生相位差為 120186。 圖 9 正弦波脈寬調(diào)制波形 SPWM 調(diào)制的基本特點(diǎn)是在半個(gè)周期內(nèi)，中間的脈沖寬，兩邊的脈沖窄，各脈沖之間等距而脈寬和正弦曲線下的積分面積成正比，脈寬基本上成正弦分布。 圖 7 電壓型三相橋式 變頻器 原理電路 圖 8 單極性直流參考信號(hào)的部分調(diào)制脈沖波形 輸出的相電壓波形每半個(gè)周期出現(xiàn) 6個(gè)等寬等距脈沖，中間兩個(gè)脈幅高(2E/3)兩邊 4個(gè)脈幅低 (E/3)，正負(fù)半周對(duì)稱，這個(gè)脈沖波形可以分解為基波電壓 U1和一系列諧波電壓，基波電壓就是要求輸出的交流電壓，而諧波電壓分量愈小愈好。具體實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻的方法有很多種，但總的來說，從 變頻器 的輸出電壓和頻率的控制方法來看，基本上按前所述分為 PAM 和 PWM（ PAM 前已介紹，此處討論 PWM）。作為這種輸出的控制手段有 PAM 和 PWM 兩種方式。 通用 變頻器 適用電壓型的電壓控制。此瞬時(shí)功率 P的平均值為有功功率 Pa，如圖 c中虛線所示。負(fù)載電壓 u由負(fù)載的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e決定，為正弦波形，如圖 b中虛線所示。瞬時(shí)功率 P的平均值 Pa為向負(fù)載提供的有功功率。負(fù)載是異步電動(dòng)機(jī)，采用圖 2(b)的等效電路（忽略 IM、 r r2），并為滯后功率因數(shù)負(fù)載。為了電動(dòng)機(jī)的調(diào)速傳動(dòng)所給出的操作量有電壓、電流、頻率。以電壓型 pwm 逆變器為例示出開關(guān)時(shí)間和電壓波形。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 第二章 變頻調(diào)速技術(shù)的分析與應(yīng)用 最近十多年來，由于電力電子器件與微電子、單片機(jī)及 PWM控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速傳動(dòng)，其效率高、操作方便，而且調(diào)速性能可以與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)媲美，所以交流變頻調(diào)速傳動(dòng)是目前最好的調(diào)速傳動(dòng)方式。 第五章是系統(tǒng)通信的設(shè)計(jì)與調(diào)試。以太網(wǎng)通信技術(shù)以其協(xié)議簡(jiǎn)單、開放、穩(wěn)定性和可靠性好而獲得了全球的技術(shù)支持，且具有以下優(yōu)點(diǎn)：通信速率高、成本低廉、軟硬件資源豐富、可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ?、易于與 Inter連接，能實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的信息無縫集成。通訊距離不加中繼為 500米，加中繼最大可達(dá)到 20xx米，總線帶有自診斷功能。查找具體故障點(diǎn)時(shí)，用電壓法進(jìn)行查找 。 PLC 控制技術(shù)之所以能夠發(fā)展如此迅速，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需要外，主要是因?yàn)槠渚哂性S多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) 。整流器將輸入的工頻交流電變換成直流電，經(jīng)中間直流環(huán)節(jié)輸入至逆變器，逆變器將直流電流變換為可調(diào)電壓、可調(diào)頻率的交流電輸入的電機(jī)。隨著半導(dǎo)體技 術(shù)的飛速發(fā)展，MCU 的處理能力愈加強(qiáng)大，處理速度不斷提升，變頻調(diào)速系統(tǒng)完全有能力處理復(fù)雜的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的觀測(cè)、控制算法，傳動(dòng)性能也因此達(dá)到前所未有的高度。因此，該系統(tǒng)具有一定的工程應(yīng)用和推廣價(jià)值。 二、利用變頻器來拖動(dòng)多臺(tái)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。查閱以前的設(shè)計(jì)方案，使用常規(guī)電器來搭建控制部分非常困難，同時(shí)因大量使用繼電器和時(shí)間繼電器又造成控制部分的可靠性降低和故障率升高，很少有一個(gè)很好地控制方式。 采用變頻調(diào)速，一是根據(jù)要求調(diào)速用，二是節(jié)能。 (4) 變頻器體積小，便于安裝、調(diào)試、維修簡(jiǎn)便。電機(jī)同步運(yùn)行的穩(wěn) 定性和可靠性對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有重要的影響，特別是對(duì)造紙行業(yè)的安全運(yùn)行有著關(guān)鍵作用。而在這些控制系統(tǒng)中核心問題便是各動(dòng)力驅(qū)動(dòng)軸的同步運(yùn)行，及各電機(jī)的同步運(yùn)行。 (3) 起動(dòng)電流低，對(duì)系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效果明顯。美國(guó)有 60% 65%的發(fā)電量用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于有效地利用了變頻調(diào)速技術(shù)，僅工業(yè)傳動(dòng)用電就節(jié)約了15% 20%的電量。 選用正確的控制方式對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)非常重要。監(jiān)控級(jí)采用 Ether 作為通信網(wǎng)絡(luò)；現(xiàn)場(chǎng)級(jí)采用 PROFIBUSDP 作為通信網(wǎng)絡(luò)，通過通訊方式完成各個(gè)變頻器的控制，增強(qiáng)了系統(tǒng)抗干擾能力，提高了系統(tǒng)的控制精度，實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)電機(jī)的同步調(diào)速。采用這種方法，由于使用多臺(tái)變頻器，相較于第一種方案投資較大，但是適用于大規(guī)模生產(chǎn)線中電機(jī)數(shù)目較多，電機(jī)分布距離較遠(yuǎn)的情況，而且，用 PLC和變頻器搭建的程控系統(tǒng)，不但可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化管理和監(jiān)控，提高 了系統(tǒng)的可靠性和安全性，而且提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和工作效率。交流驅(qū)動(dòng)器已在工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)化出版設(shè)備、加工工具、傳輸設(shè)備、電梯、壓縮機(jī)、軋鋼、風(fēng)機(jī)泵類、電動(dòng)汽車、起重設(shè)備及其它領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。中間直流回路并接濾波電容器作儲(chǔ)能元件的稱為電壓型變頻器。 PLC 技術(shù)自上世紀(jì) 70 年代被發(fā)明應(yīng)用以來，經(jīng)過不斷地創(chuàng)新發(fā)展，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于各種生 產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制中，成為一種最重要 、 最普及 、 應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制裝置，被公認(rèn)為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（ PLC、 機(jī)器人 、 CAD/CAM）之一 。 另一類是比較常見的斷路故障，有可能有以下原因造成的：電纜被破壞造成斷路 、 轉(zhuǎn)轍機(jī)接插件接觸不良 、 轉(zhuǎn)轍