【文章內(nèi)容簡介】 作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。簡言之，變頻器是利用電力半導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，能實現(xiàn)對交流 異步電機 的軟起動、變頻調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流 /過壓 /過載保護等功能。實現(xiàn)電機的變速運行的設備。變頻器實際上就是一個整流逆變器。它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟姡缓笥秒娮釉χ绷麟娺M行開關(guān)變?yōu)榻涣麟?。一般功率較大的變頻器用可控硅，并設一個可調(diào)頻率的裝置，使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào) .用來控制電機的轉(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計 7 圖 變頻器的結(jié)構(gòu)構(gòu)成 其 中控 制電路完成對主電路的控制，整流電將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉(zhuǎn)矩計算的 CPU 以及一些相應的電路。 它與單相或三相交流電源相連接，產(chǎn)生脈動的直流電壓。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，可以進行再生運轉(zhuǎn)。 在整流器整流后的直流電壓中，含有電源 6 倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，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。以所確定的時間使 6個開關(guān)器件導通、關(guān)斷就可以得到 3 相交流輸出。 控制電路 控制電路有：給異步電動機供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的 “ 運算電路 ” ，主電路的 “ 電壓、電流檢測電路 ” ，電淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計論文 8 動機的 “ 速度檢測電路 ” ，將運算電路的控制信號進行放大的 “ 驅(qū)動電路 ” ，以及逆變器和電動機的 “ 保護電路 ” 組成。它將信號傳送給整流器、中間電路和逆變器，同時它也接收來自這些部分的信號。 （ 1）運算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號 進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。 （ 2）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。 （ 3）驅(qū)動電路：驅(qū)動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導通、關(guān)斷。 （ 4）速度檢測電路 :以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器 (tg、 plg 等 )的信號為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。 （ 5）保護電路：檢測主電路的電壓、電流等，當發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，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 動機概述 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子主磁通和轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生的。 （ 1） 磁場以 n 0 轉(zhuǎn)速順時針旋轉(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)子繞組相對磁場運動，產(chǎn)生電磁力 （ 3） 電磁力使轉(zhuǎn)子繞組以轉(zhuǎn)速 n 旋轉(zhuǎn)，方向與磁場旋轉(zhuǎn)方向相同 旋轉(zhuǎn)磁場實際上是三個交變磁場合成的結(jié)果。這三個交變磁場應滿足： （ 1） 在空間位置上互差 2π/3 rad 電度角。這一點，由定子三相繞組的布置來保證 （ 2） 在時間上互差 2π/3 rad 相位角（或 1/3 周期）。這一 點，由通入的三相交變電流來保 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的磁力線。因此，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n 必須低于定子磁場的轉(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)磁場的極對數(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計 9 n＝ 60f（ 1－ s） / p 二 .異步電動機調(diào)速 由轉(zhuǎn)速 n＝ 60 f（ 1－ s） / p 可知異步電動機調(diào)速有以下幾方法： 1. 改變磁極對數(shù) p （變極調(diào)速） 定子磁場的極對數(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數(shù)的特殊形式。通常一套繞組只能換接成兩種磁極對數(shù)。變極調(diào)速的主要優(yōu)點是設備簡單、操作方便、機械特性較硬、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 當負載轉(zhuǎn)矩一定時，隨著電機定子電壓的降低，主磁通減少，轉(zhuǎn)子感應電動勢減少，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)點是調(diào)速平滑，采用閉環(huán)系統(tǒng)時，機械特性較硬，調(diào)速范圍較寬，缺點是低速時，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，比較適合于風機泵類特性的負載。 (2)轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速 當定子電壓一定時，電機主磁通不變，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)點是設備和線路簡單，投資不高，但其機械特性較軟，調(diào)速范圍受到一定限制，且低速時轉(zhuǎn)差功率損耗較大，效率低，經(jīng)濟效益差。目前，轉(zhuǎn)子變電阻調(diào)速只在一些調(diào)速要求不高的場合采用。 (3)電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速 異步電動機電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)以恒定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)的異步電動機為原動機，通過改變電磁轉(zhuǎn)差離合器的勵磁電流進行速度調(diào)節(jié)。電磁轉(zhuǎn)差離合器由電樞和磁極兩部分組成，二者之間沒有機械的聯(lián)系，均可自由旋轉(zhuǎn)。離合器的電樞與異步電動機轉(zhuǎn)子軸相連并以恒速旋轉(zhuǎn)，磁極與工作機械相連。電磁 轉(zhuǎn)差離合器的工作原理是：如果磁極內(nèi)勵磁電流為零，電樞與磁極間沒有任何電磁聯(lián)系，磁極與工作機械靜止不動，相當于負載被 “ 脫離 ” ；如果磁極內(nèi)通入直流勵磁電流，磁極即產(chǎn)生磁場，電樞由于被異步電動機拖動旋轉(zhuǎn)，因而電樞與磁極間有相對運淮安信息職業(yè)技術(shù) 學院畢業(yè)設計論文 10 動而在電樞繞組中產(chǎn)生電流，并產(chǎn)生力矩，磁極將沿著電樞的運轉(zhuǎn)方向而旋轉(zhuǎn)，此時負載相當于被 “ 合上 ” ，調(diào)節(jié)磁極內(nèi)通入的直流勵磁電流，就可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。 電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速的優(yōu)點是控制簡單，運行可靠，能平滑調(diào)速，采用閉環(huán)控制后可擴大調(diào)速范圍，運用于通風類或恒轉(zhuǎn)矩類負載；其缺點是低速時損耗大，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、效率低的問題，是很大的浪費。如何能夠?qū)⑾挠谵D(zhuǎn)子電阻上的功率利用起來，同時又能提高調(diào)速性能？串極調(diào)速就是在這樣的指導思想下提出的。串極調(diào)速的基本思想是將轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)差功率通過變換裝置加以利用，以提高設備的效率。串極調(diào)速的工作原理實際上是在轉(zhuǎn)子回路中引入了一個與轉(zhuǎn)子繞組感應電動勢頻率相同的可控的附加電動勢，通過控制這個附加電動勢的大小，來改變轉(zhuǎn)子電流的大小，從而改變轉(zhuǎn)速。串極調(diào)速具有機械特性比較硬、調(diào)速平滑、損 耗小、效率高等優(yōu)點，便于向大容量發(fā)展，但它也存在著功率因素較低的缺點。 3．改變頻率 f （變頻調(diào)速） 當極對數(shù) p 不變時，電動機轉(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)電動機的轉(zhuǎn)速。 異步電動機變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速平滑性能好、機械特性較硬的優(yōu)點，可以方便的實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速，整個調(diào)速特性與直流電動機調(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，由于該大電容儲存能量，在斷電的短時間內(nèi)電容兩端存在高壓電，因而要在電容充分放電后才可進行操作。 （ 3）限流電路：由于儲能電容較大，接入電源時電容兩端電壓為零，因而在上電瞬間濾波電容 CF 的充電電流很大，過大的電流 會損壞整流橋二極管，為保護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 CF 充電到一定程度時由開關(guān) SL 將 RL 短路。第二章 變頻調(diào)速在物料攪拌中的硬件設計 11 （ 4）逆變電路： 逆變管