【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。簡(jiǎn)言之，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(duì)交流 異步電機(jī) 的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過(guò)流 /過(guò)壓 /過(guò)載保護(hù)等功能。實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備。變頻器實(shí)際上就是一個(gè)整流逆變器。它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?，然后用電子元件?duì)直流電進(jìn)行開關(guān)變?yōu)榻涣麟姟Ｒ话愎β瘦^大的變頻器用可控硅，并設(shè)一個(gè)可調(diào)頻率的裝置，使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào) .用來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，使得轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào)。如圖 所示，變頻器一般由整流電路、直流中間電路、 逆變電路 、控制電路等幾大部分構(gòu)成。 第二章 變頻調(diào)速在物料攪拌中的硬件設(shè)計(jì) 7 圖 變頻器的結(jié)構(gòu)構(gòu)成 其 中控 制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來(lái)說(shuō)，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的 CPU 以及一些相應(yīng)的電路。 它與單相或三相交流電源相連接，產(chǎn)生脈動(dòng)的直流電壓。目前大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變 換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。 在整流器整流后的直流電壓中，含有電源 6 倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波回路。有以下三種作用： ，供逆變器使用。 。 。 將固 定的直流電壓變換成可變電壓和頻率的交流電壓。以所確定的時(shí)間使 6個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到 3 相交流輸出。 控制電路 控制電路有：給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的 “ 運(yùn)算電路 ” ，主電路的 “ 電壓、電流檢測(cè)電路 ” ，電淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 動(dòng)機(jī)的 “ 速度檢測(cè)電路 ” ，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的 “ 驅(qū)動(dòng)電路 ” ，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的 “ 保護(hù)電路 ” 組成。它將信號(hào)傳送給整流器、中間電路和逆變器，同時(shí)它也接收來(lái)自這些部分的信號(hào)。 （ 1）運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào) 進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。 （ 2）電壓、電流檢測(cè)電路：與主回路電位隔離檢測(cè)電壓、電流等。 （ 3）驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。 （ 4）速度檢測(cè)電路 :以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測(cè)器 (tg、 plg 等 )的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。 （ 5）保護(hù)電路：檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過(guò)載或過(guò)電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。 變頻調(diào)速的工作原理 一、 異步電 動(dòng)機(jī)概述 異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子主磁通和轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生的。 （ 1） 磁場(chǎng)以 n 0 轉(zhuǎn)速順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子 電流 （ 2） 通電的轉(zhuǎn)子繞組相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電磁力 （ 3） 電磁力使轉(zhuǎn)子繞組以轉(zhuǎn)速 n 旋轉(zhuǎn)，方向與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向相同 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)實(shí)際上是三個(gè)交變磁場(chǎng)合成的結(jié)果。這三個(gè)交變磁場(chǎng)應(yīng)滿足： （ 1） 在空間位置上互差 2π/3 rad 電度角。這一點(diǎn)，由定子三相繞組的布置來(lái)保證 （ 2） 在時(shí)間上互差 2π/3 rad 相位角（或 1/3 周期）。這一 點(diǎn)，由通入的三相交變電流來(lái)保 產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流的必要條件是轉(zhuǎn)子繞組切割定子磁場(chǎng)的磁力線。因此，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n 必須低于定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 n0，兩者之差稱為轉(zhuǎn)差 : Δn＝ n0－ n 轉(zhuǎn)差與定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速（常稱為同步轉(zhuǎn)速）之比，稱為轉(zhuǎn)差率： s＝ n0nN / n0 同步轉(zhuǎn)速 n0 由下式?jīng)Q定： n0＝ 60f / p 式中， f 為輸入電流的頻率， p 為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)。 由此可得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 :第二章 變頻調(diào)速在物料攪拌中的硬件設(shè)計(jì) 9 n＝ 60f（ 1－ s） / p 二 .異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速 由轉(zhuǎn)速 n＝ 60 f（ 1－ s） / p 可知異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速有以下幾方法： 1. 改變磁極對(duì)數(shù) p （變極調(diào)速） 定子磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)取決于定子繞組的結(jié)構(gòu)。所以，要改變 p，必須將定子繞組制為可以換接成兩種磁極對(duì)數(shù)的特殊形式。通常一套繞組只能換接成兩種磁極對(duì)數(shù)。變極調(diào)速的主要優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、機(jī)械特性較硬、效率高、既適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，又適用于恒功率調(diào)速；其缺點(diǎn)是 ： 有極調(diào)速，且極數(shù)有限，因而只適用于不需平滑調(diào)速的場(chǎng)合。 2. 改變轉(zhuǎn)差率 s （變轉(zhuǎn)差率調(diào)速） 以改變轉(zhuǎn)差率為目的調(diào)速方法有：定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、串極調(diào)速等。 (1)定子調(diào)壓調(diào)速 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，隨著電機(jī)定子電壓的降低，主磁通減少，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減少，轉(zhuǎn)子電流減少，轉(zhuǎn)子受到的電磁力減少，轉(zhuǎn)差率 s 增大，轉(zhuǎn)速減小，從而達(dá)到速度調(diào)節(jié)的目；同理，定子電壓升高，轉(zhuǎn)速增加。調(diào)壓調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速平滑，采用閉環(huán)系統(tǒng)時(shí)，機(jī)械特性較硬，調(diào)速范圍較寬，缺點(diǎn)是低速時(shí)，轉(zhuǎn)差功率損耗較大，功率因素低，電流大，效率低。調(diào)壓調(diào)速既非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，也非恒功率調(diào)速，比較適合于風(fēng)機(jī)泵類特性的負(fù)載。 (2)轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速 當(dāng)定子電壓一定時(shí)，電機(jī)主磁通不變，若減小定子電阻，則轉(zhuǎn)子電流增大，轉(zhuǎn)子受到的電磁力增大，轉(zhuǎn)差率減小，轉(zhuǎn) 速降低；同理增大定子電阻，轉(zhuǎn)速增加。轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備和線路簡(jiǎn)單，投資不高，但其機(jī)械特性較軟，調(diào)速范圍受到一定限制，且低速時(shí)轉(zhuǎn)差功率損耗較大，效率低，經(jīng)濟(jì)效益差。目前，轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速只在一些調(diào)速要求不高的場(chǎng)合采用。 (3)電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速 異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的異步電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)，通過(guò)改變電磁轉(zhuǎn)差離合器的勵(lì)磁電流進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。電磁轉(zhuǎn)差離合器由電樞和磁極兩部分組成，二者之間沒有機(jī)械的聯(lián)系，均可自由旋轉(zhuǎn)。離合器的電樞與異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸相連并以恒速旋轉(zhuǎn)，磁極與工作機(jī)械相連。電磁 轉(zhuǎn)差離合器的工作原理是：如果磁極內(nèi)勵(lì)磁電流為零，電樞與磁極間沒有任何電磁聯(lián)系，磁極與工作機(jī)械靜止不動(dòng)，相當(dāng)于負(fù)載被 “ 脫離 ” ；如果磁極內(nèi)通入直流勵(lì)磁電流，磁極即產(chǎn)生磁場(chǎng)，電樞由于被異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)，因而電樞與磁極間有相對(duì)運(yùn)淮安信息職業(yè)技術(shù) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 動(dòng)而在電樞繞組中產(chǎn)生電流，并產(chǎn)生力矩，磁極將沿著電樞的運(yùn)轉(zhuǎn)方向而旋轉(zhuǎn)，此時(shí)負(fù)載相當(dāng)于被 “ 合上 ” ，調(diào)節(jié)磁極內(nèi)通入的直流勵(lì)磁電流，就可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。 電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，能平滑調(diào)速，采用閉環(huán)控制后可擴(kuò)大調(diào)速范圍，運(yùn)用于通風(fēng)類或恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載；其缺點(diǎn)是低速時(shí)損耗大，效率低。 (4)串極調(diào)速 前面介紹的定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速均存在著轉(zhuǎn)差功率損耗較大、效率低的問(wèn)題，是很大的浪費(fèi)。如何能夠?qū)⑾挠谵D(zhuǎn)子電阻上的功率利用起來(lái)，同時(shí)又能提高調(diào)速性能？串極調(diào)速就是在這樣的指導(dǎo)思想下提出的。串極調(diào)速的基本思想是將轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)差功率通過(guò)變換裝置加以利用，以提高設(shè)備的效率。串極調(diào)速的工作原理實(shí)際上是在轉(zhuǎn)子回路中引入了一個(gè)與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)頻率相同的可控的附加電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)控制這個(gè)附加電動(dòng)勢(shì)的大小，來(lái)改變轉(zhuǎn)子電流的大小，從而改變轉(zhuǎn)速。串極調(diào)速具有機(jī)械特性比較硬、調(diào)速平滑、損 耗小、效率高等優(yōu)點(diǎn)，便于向大容量發(fā)展，但它也存在著功率因素較低的缺點(diǎn)。 3．改變頻率 f （變頻調(diào)速） 當(dāng)極對(duì)數(shù) p 不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電源頻率成正比，因此，連續(xù)的改變供電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑的調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速平滑性能好、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)，可以方便的實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速，整個(gè)調(diào)速特性與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速十分相似，并可與直流調(diào)速相比美 變頻器的主回路 電壓型變頻器主電路包括：整流電路、中間直流電路、逆變電路三部 分組，交 直 交型變頻器結(jié)構(gòu)見附圖 1 (1)整流電路： VD1~VD6 組成三相不可控整流橋， 220V 系列采用單相全波整流橋電路； 380V 系列采用橋式全波整流電路。 (2)中間濾波電路：整流后的電壓為脈動(dòng)電壓，必須加以濾波；濾波電容 CF除濾波作用外，還在整流與逆變之間起去耦作用、消除干擾、提高功率因素，由于該大電容儲(chǔ)存能量，在斷電的短時(shí)間內(nèi)電容兩端存在高壓電，因而要在電容充分放電后才可進(jìn)行操作。 （ 3）限流電路：由于儲(chǔ)能電容較大，接入電源時(shí)電容兩端電壓為零，因而在上電瞬間濾波電容 CF 的充電電流很大，過(guò)大的電流 會(huì)損壞整流橋二極管，為保護(hù)整流橋上電瞬間將充電電阻 RL 串入直流母線中以限制充電電流，當(dāng) CF 充電到一定程度時(shí)由開關(guān) SL 將 RL 短路。第二章 變頻調(diào)速在物料攪拌中的硬件設(shè)計(jì) 11 （ 4）逆變電路： 逆變管