【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 相 等 。 如 果 把 每 一 個(gè) 正 弦 半 波 分 作 n 等分 ， 然 后 把 每 一 等 分 的 正 弦 曲 線 與 橫 軸 所 包 圍 的 面 積 都 用 一 個(gè) 與 此 面 積 相 等 的矩 形 脈 沖 來(lái) 代 替 ， 矩 形 脈 沖 的 幅 值 不 變 ， 各 脈 沖 的 中 點(diǎn) 與 正 弦 波 每 一 等 分 的 中點(diǎn) 想 重 合 。 這 樣 ， 由 n 個(gè) 等 幅 不 等 寬 的 矩 形 所 組 成 的 波 形 就 與 正 弦 波 的 半 周 等效 ， 稱 作 SPWM 波 形 。 圖 224 是 變 壓 變 頻 主 電 路 原 理 圖 ， 圖 224 SPWM 變壓變頻器主電路原理圖SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12圖 中 VT1VT6 是 逆 變 器 的 六 個(gè) 全 控 是 功 率 開(kāi) 關(guān) 器 件 ， 它 們 個(gè) 有 一 個(gè) 續(xù) 流 二極 管 反 并 聯(lián) 接 。 整 個(gè) 逆 變 器 由 三 相 不 可 控 整 流 器 供 電 ， 所 提 供 的 直 流 恒 值 電 壓為 Us。 其 中 點(diǎn) 0 與 整 流 器 輸 出 端 濾 波 電 容 器 的 中 點(diǎn) 0 連 接 ， 因 而 當(dāng) 逆 變 器 任一 相 導(dǎo) 通 時(shí) ， 電 機(jī) 繞 組 上 獲 得 的 相 電 壓 為 Us/2。 各 個(gè) 脈 沖 不 等 寬 ， 但 中 小 間距 相 同 ， 都 等 于 π /n， n 為 正 弦 波 半 個(gè) 周 期 內(nèi) 的 脈 沖 數(shù) 。 令 第 i 個(gè) 矩 形 脈 沖的 寬 度 為 ,其 中 心 點(diǎn) 相 位 角 為 ， 則 根 據(jù) 面 積 等 效 的 原 則 ， 可 寫(xiě) 成i?i?iiS2nim1=Ustd??????（ ）i[co()c(+)]2ni ?m=2sini??當(dāng) n 的 數(shù) 值 較 大 是 ， sinπ /(2n)≈ π /(2n)于 是simiSU???者 就 是 說(shuō) ， 第 i 個(gè) 脈 沖 的 寬 度 與 該 處 正 弦 波 值 近 似 成 正 比 。 因 此 ， 與 半 個(gè) 周 期正 弦 波 等 效 的 SPWM 是 兩 側(cè) 窄 、 中 間 寬 、 脈 寬 按 整 形 規(guī) 律 逐 漸 變 化 的 序 列 脈 沖波 形 。 通 過(guò) 上 述 原 理 ， 波 形 寬 度 可 以 計(jì) 算 求 的 。 但 原 始 的 脈 寬 調(diào) 制 方 法 是 利 用 正弦 波 作 為 基 準(zhǔn) 的 調(diào) 制 波 （ Modulation Wave） ,受 它 調(diào) 制 的 信 號(hào) 成 為 載 波（ Carrier Wave） ,在 SPWM 中 常 用 等 腰 三 角 波 當(dāng) 做 載 波 。 當(dāng) 調(diào) 制 波 與 載波 相 交 時(shí) ， 如 圖 225SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13u rau tUra,UtO ? tO ? tu dau ofu oU daU d圖 225 單極性 PWM 控制方式圖 由它們的交點(diǎn)確定逆變器開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)刻。具體的做法是，當(dāng) A 相的調(diào)制波電壓高于載波電壓 Ut 時(shí)，是相應(yīng)的開(kāi)關(guān)器件 VT1 導(dǎo)通輸出正的脈沖電壓；當(dāng)Ura 低于 Ut 時(shí)，使 VT1 關(guān)斷，輸出電壓為零。在 Ura 的負(fù)半周中，可用類似的方法控制下橋臂的 VT4，輸出負(fù)的脈沖電壓序列。改變調(diào)制波的頻率時(shí)，輸出電壓基波的頻率也隨之改變；降低調(diào)制波的幅值時(shí)，各段脈沖的寬度都將變窄，從而使輸出電壓基波的幅值也相應(yīng)減小。 上述的為單極性 SPWM 控制方式，如果讓一橋臂上、下兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件交替地導(dǎo)通與關(guān)斷，則輸出脈沖在“正”和“負(fù)”之間變化，就得到雙極式的 SPWM 波形。調(diào)制方法與單極性相似，只是輸出脈沖電壓的極性不同。當(dāng) UraUt 時(shí) VT1 導(dǎo)通，VT4 關(guān)斷，使負(fù)載上得到的相電壓為+Us/2；當(dāng) UraUt 時(shí) VT1 關(guān)斷而 VT4 導(dǎo)通，則負(fù)載上得到的相電壓幅值Us/2。所以相電壓是以+Us/2 和Us/2 為幅值作正、負(fù)跳變的脈沖波形。同理，當(dāng)由 VT3 和 VT6 交替導(dǎo)通 ，VT5 和 VT2 交替導(dǎo)通便可得到三相雙極式正弦波脈寬調(diào)制波形。此次設(shè)計(jì)選用山東新風(fēng)光生產(chǎn)的型號(hào) JDBP38F 變頻器。JDBP 系列是山SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司采用全新理念自主開(kāi)發(fā)的一系列高性能，簡(jiǎn)易型、低噪音新型變頻器。在提高穩(wěn)定性的前提下增加了簡(jiǎn)易 PLC、實(shí)用的 PI 調(diào)節(jié)，靈活的輸入輸出端子、參數(shù)在線修改、自識(shí)別信號(hào)傳輸故障、停電和停機(jī)參數(shù)存儲(chǔ)、定長(zhǎng)控制、擺頻控制、RS485 控制、現(xiàn)場(chǎng)總線控制等一系列實(shí)用先進(jìn)的運(yùn)行、控制功能。為設(shè)備制造和終端客戶提供了集成度高的一體化解決方案，對(duì)降低系統(tǒng)采購(gòu)和運(yùn)營(yíng)成本，提高系統(tǒng)可靠性具有極大的幫助。它的啟動(dòng)力矩大，制動(dòng)性能好。在加速減速過(guò)程中可以平滑增加或減少，無(wú)沖擊現(xiàn)象。遠(yuǎn)距離操作及顯示，能顯示多種設(shè)置參數(shù)及運(yùn)行參數(shù)。三種制動(dòng)方式：1）直流制動(dòng)：當(dāng)提上機(jī)處在停機(jī)無(wú)抱閘狀態(tài)時(shí)，變頻器會(huì)輸出直流信號(hào)用于制動(dòng)。2）能耗制動(dòng)：用能耗電阻消耗再生能量3）回饋制動(dòng)：帶有能量回饋單元，將制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的再生能量回饋給電網(wǎng)。它采用了近幾年才發(fā)展起來(lái)的一種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它主要由輸入變壓器、功率單元和控制單元三大部分組成。采用模塊化設(shè)計(jì)，由于采用功率單元相互串聯(lián)的辦法解決了高壓的難題而得名，可直接驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)，無(wú)需輸出變壓器，更不需要任何形式的濾波器。以 6 單元串聯(lián)為例。整套變頻器共有 18 個(gè)功率單元，每相由 6 臺(tái)功率單元相串聯(lián)，并組成 Y 形連接，直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)。每臺(tái)功率單元電路、結(jié)構(gòu)完全相同，可以互換，也可以互為備用?！　∽冾l器的輸入部分是一臺(tái)移相變壓器，原邊 Y 形連接，副邊采用沿邊三角形連接，共 18 副三相繞組，分別為每臺(tái)功率單元供電。它們被平均分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三大部分，每部分具有 6 副三相小繞組，之間均勻相位移 10 度。該變頻器的特點(diǎn)如下： ① 整流電路的多重化，脈沖數(shù)多達(dá) 36，功率因數(shù)高，輸入諧波小。②模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)方便，增強(qiáng)了產(chǎn)品的互換性。 ③直接高壓輸出，無(wú)需輸出變壓器。 ④極低的 dv/dt 輸出，無(wú)需任何形式的濾波器。⑤ 采用光纖通訊技術(shù)，提高了產(chǎn)品的抗干擾能力和可靠性。 ⑥功率單元自動(dòng)旁通電路，能夠?qū)崿F(xiàn)故障不停機(jī)功能。核 心 關(guān) 鍵 技 術(shù) ：SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15(1)正 弦 波 技 術(shù) ： 高 壓 電 機(jī) 對(duì) 變 頻 器 的 輸 出 電 壓 波 形 有 嚴(yán) 格 的 要 求 ， 是 業(yè)內(nèi) 人 士 都 知 道 的 常 識(shí) 。 解 決 變 頻 器 輸 出 電 壓 波 形 ， 從 兩 方 面 著 手 :一 是 優(yōu) 化PWM 波 形 。二 是 研 制 出 特 種 濾 波 器 ?！?　 (2)抗 共 模 電 壓 技 術(shù) 。 僅 解 決 IGBT 的 串 聯(lián) ， 并 不 能 甩 掉 輸 入 變 壓 器 。 原因 在 于 共 模 電 壓 的 存 在 。 在 低 壓 變 頻 器 領(lǐng) 域 ， 近 年 來(lái) 發(fā) 現(xiàn) 的 電 機(jī) 軸 承 損 壞 ， 共模 電 壓 就 是 影 響 之 一 ， 在 高 壓 變 頻 器 的 領(lǐng) 域 中 ， 共 模 電 壓 更 是 必 須 解 決 的 關(guān) 鍵問(wèn) 題 之 一 。 共 模 電 壓 (也 叫 零 序 電 壓 )， 是 指 電 動(dòng) 機(jī) 定 子 繞 組 的 中 心 點(diǎn) 和 地 之 間的 電 壓 。　 　 共 模 電 壓 也 是 對(duì) 外 產(chǎn) 生 干 擾 的 原 因 ， 特 別 是 長(zhǎng) 線 傳 輸 設(shè) 備 。 無(wú) 論 是 電 流 源還 是 電 壓 源 變 頻 器 產(chǎn) 生 共 模 電 壓 是 必 然 的 。 技 術(shù) 人 員 根 據(jù) 共 模 電 壓 產(chǎn) 生 的 機(jī) 理 ，采 取 了 “堵 和 疏 ”的 辦 法 將 共 模 電 壓 消 滅 在 變 頻 器 內(nèi) 部 ?！?　 由 于 采 用 了 上 述 三 項(xiàng) 核 心 關(guān) 鍵 技 術(shù) ， 使 IGBT 直 接 高 壓 變 頻 器 的 效 率 達(dá) 到98%以 上 。 輸 出 電 壓 正 弦 化 、 共 模 電 壓 最 小 化 。 適 用 于 任 何 異 步 電 機(jī) 、 同 步 電 機(jī) ，無(wú) 需 降 容 使 用 ， 幾 千 米 的 長(zhǎng) 線 傳 輸 也 無(wú) 問(wèn) 題 。 對(duì) 于 傳 輸 距 離 太 長(zhǎng) 時(shí) 應(yīng) 考 慮 線 路電 壓 補(bǔ) 償 。 如 提 高 電 壓 或 增 大 導(dǎo) 線 截 面 等 。　 　 該 系 統(tǒng) 特 點(diǎn) 為 ：　 （ 1） 電 壓 等 級(jí) 為 3kV10kV。　 （ 2） 系 統(tǒng) 自 帶 專 門(mén) 設(shè) 計(jì) 的 高 壓 開(kāi) 關(guān) 柜 ， 與 本 身 高 壓 變 頻 器 高 效 安 全 配 套 ，并 含 有 變 /工 頻 切 換 裝 置 和 電 子 式 真 空 斷 路 器 ?！? （ 3） 全 中 文 操 作 界 面 ， 基 于 Windows 操 作 平 臺(tái) ， 便 于 就 地 監(jiān) 控 、 設(shè) 定 參數(shù) 、 選 擇 功 能 和 調(diào) 試 ?！? （ 4） 高 壓 主 電 路 與 低 壓 控 制 電 路 采 用 光 纖 傳 輸 ， 安 全 隔 離 ， 使 得 系 統(tǒng) 抗 干擾 能 力 強(qiáng) ?！? （ 5） 控 制 電 路 通 訊 方 式 采 用 全 數(shù) 字 化 通 訊 ?！? （ 6） 系 統(tǒng) 的 整 流 單 元 、 逆 變 單 元 設(shè) 計(jì) ， 選 用 組 合 模 塊 化 積 木 結(jié) 構(gòu) ， 整 機(jī) 占地 面 積 小 、 重 量 輕 ， 便 于 安 裝 、 維 護(hù) 。　 （ 7） 裝 置 可 在 本 機(jī) 上 操 作 ， 也 可 實(shí) 現(xiàn) 遠(yuǎn) 距 離 外 控 ， 具 備 完 善 、 方 便 的 操 作功 能 選 擇 。　 （ 8） 系 統(tǒng) 具 有 標(biāo) 準(zhǔn) 的 計(jì) 算 機(jī) 通 訊 接 口 RS232 或 RS42 RS485， 可 方 便 的SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16與 用 戶 DCS 系 統(tǒng) 或 工 控 系 統(tǒng) 組 態(tài) 建 立 整 個(gè) 系 統(tǒng) 的 工 作 站 ， 進(jìn) 一 步 提 高 系 統(tǒng) 的自 動(dòng) 化 控 制 程 度 ， 實(shí) 現(xiàn) 整 個(gè) 工 控 系 統(tǒng) 的 全 閉 環(huán) 監(jiān) 控 ， 從 而 獲 得 更 加 完 善 的 、 可靠 自 動(dòng) 化 運(yùn) 行 ?！? （ 10） 具 備 全 面 的 故 障 監(jiān) 測(cè) 、 可 靠 的 故 障 報(bào) 警 保 護(hù) 功 能 。　 （ 11） 輸 入 功 率 因 數(shù) 高 ， 輸 出 電 壓 諧 波 含 量 小 ， 無(wú) 需 功 率 因 數(shù) 補(bǔ) 償 和 諧 波抑 制 器 。　 （ 11） 輸 出 電 壓 為 標(biāo) 準(zhǔn) 正 弦 波 形 ， 對(duì) 電 纜 和 電 動(dòng) 機(jī) 的 絕 緣 無(wú) 損 害 ， 減 輕 電動(dòng) 機(jī) 的 軸 承 和 葉 片 等 機(jī) 械 部 分 震 動(dòng) 和 磨 損 ， 延 長(zhǎng) 電 動(dòng) 機(jī) 的 使 用 壽 命 ， 輸 出 至 電動(dòng) 機(jī) 的 線 纜 長(zhǎng) 度 可 達(dá) 20km?！? （ 12） 采 用 獨(dú) 特 的 抗 共 模 電 壓 技 術(shù) ， 使 系 統(tǒng) 中 共 模 電 壓 ≤ 1000V， 無(wú) 需 再提 高 電 動(dòng) 機(jī) 的 絕 緣 等 級(jí) ， 無(wú) 需 專 用 電 機(jī) ?！? 167。 變頻調(diào)速主電路設(shè)計(jì)變 頻 器 可 以 輸 出 頻 率 可 調(diào) 的 交 流 電 源 ， 在 變 頻 器 的 控 制 輸 入 回 路 中 接 入 頻率 設(shè) 定 電 路 ， 本 系 統(tǒng) 中 通 過(guò) PLC 輸 出 電 壓 信 號(hào) (0～ 12 V)來(lái) 控 制 變 頻 器 的 頻 率 。另 外 在 變 頻 器 的 外 圍 加 設(shè) 有 聲 光 報(bào) 警 輸 出 口 及 制 動(dòng) 單 元 ， 能 夠 實(shí) 現(xiàn) 變 頻 器 故 障報(bào) 警 和 安 全 制 動(dòng) ， 更 有 效 的 對(duì) 控 制 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 安 全 保 護(hù) ， 變 頻 調(diào) 速 主 控 電 路 如 圖231 所 示 。變 頻 器 報(bào) 警 輸 出 的 動(dòng) 斷 （ 常 閉 ） 觸 點(diǎn) “30B30C”串 聯(lián) 在 KM1 的 線 圈 電 路內(nèi) ， 當(dāng) 變 頻 器 因 故 障 不 能 正 常 工 作 時(shí) ， 報(bào) 警 輸 出 的 常 閉 觸 點(diǎn) 動(dòng) 作 ， 使 KM1 線圈 失 電 ， 將 變 頻 器 與 電 源 斷 開(kāi) ， 進(jìn) 行 安 全 保 護(hù) 。 為 了 保 護(hù) 報(bào) 警 輸 出 的 觸 點(diǎn) ， 在接 觸 器 的 線 圈 兩 端 ， 并 聯(lián) 阻 容 吸 收 電 路 （ 即 RC 震 蕩 電 路 ） 。 同 時(shí) （ 常 開(kāi) ） 觸點(diǎn) “30B30A”閉 合 ， 將 報(bào) 警 指 示 燈 HL 和 電 笛 HA 接 通 ， 進(jìn) 行 聲 光 報(bào) 警 。 與 此同 時(shí) ， 斷 電 器 KA1 得 電 ， 其 觸 點(diǎn) 將 聲 光 報(bào) 警 電 路 自 鎖 ， 使 變 頻 器 斷 電 后 ， 聲 光報(bào) 警 能 持 續(xù) 下 去 ， 直 到 工 作 人 員 按 下 ST1 為 止 ， 報(bào) 警 才 能 解 除 。SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17 圖 231　 變 頻 調(diào) 速 主 控 電 路SS 科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18第 3 章 基 于 PLC 控 制 的 大 功 率 礦 井 提 升 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 設(shè)計(jì)167。 變 頻 調(diào) 速 控 制 系 統(tǒng) 概 述基 于 PLC 控 制 的 大 功 率 礦 井 提 升 機(jī) 變 頻 調(diào) 速 控 制 系 統(tǒng) 由 動(dòng) 力 裝 置 、 液 壓站 、 變 頻 器 、 操 作 臺(tái) 和 控 制 監(jiān) 視 系 統(tǒng) 組 成 ， 系 統(tǒng) 原 理 框 圖 如 圖 311 所 示 。各 部 分 功 能 如 下 ：311　 立 井 提 升 機(jī) 高 壓 變 頻 控