【正文】 技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動(dòng)上。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算；它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大 的儲(chǔ)能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。由于矩陣式交 — 交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。具體方法是： —— 控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)無速度傳感器方式； —— 自動(dòng)識(shí)別（ ID）依靠精確的電機(jī)數(shù)學(xué)模型，對(duì)電機(jī)參數(shù)自動(dòng)識(shí)別； —— 算出實(shí)際值對(duì)應(yīng)定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實(shí)際的轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈、轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制； —— 實(shí)現(xiàn) Band— Band 控制按磁鏈和轉(zhuǎn)矩的 Band— Band 控制產(chǎn)生 PWM 信號(hào)，對(duì)逆變器開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。2 ％，無 PG 反饋），高轉(zhuǎn)矩精度（ ＋ 3％）；同時(shí)還具有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及高轉(zhuǎn)矩精度，尤其在低速時(shí)（包括 0 速度時(shí)），可輸出 150％～ 200％轉(zhuǎn)矩。使用壽命隨溫度升高而成 指數(shù)的下降。若變頻器帶有直流或交流電抗器 , 并且也在柜子里面 , 發(fā)熱量會(huì)更大。如果有制動(dòng)電阻的話，制動(dòng)電阻的散熱量很大，安裝位置最好和變頻器隔離開，如裝在柜子上面或旁邊等。要使控制柜尺寸減小，就必須使機(jī)柜中產(chǎn)生的熱量盡可能地 7 減少。 (2)可以用隔離 板把本體和散熱器隔開 , 使散熱器散熱不影響變頻器本體。建議在控制柜出風(fēng)口安裝冷卻風(fēng)扇，進(jìn)風(fēng)口加濾網(wǎng)防灰塵進(jìn)入控制柜。 (5)在海拔高于 1000m 的地方，因?yàn)榭諝饷芏冉档?，因此?yīng)加大柜子的冷卻風(fēng)量以改善冷卻效果。實(shí)際上因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)變頻器的負(fù)載和散熱能力一般比實(shí)際使用時(shí)要大，所以也要看具體應(yīng)用。 (6)開關(guān)頻率：變頻器的發(fā)熱主要來自 IGBT， IGBT 的發(fā)熱又集中在開關(guān)的瞬間，開關(guān)頻率高時(shí)發(fā)熱就大。每個(gè)步驟的負(fù)荷是不同的，采用 變頻 器對(duì)油泵進(jìn)行控制，可以對(duì)應(yīng)每個(gè)步驟輸出相應(yīng)功率，從而顯著節(jié)約電能，節(jié)電率 30~60 下圖為注塑機(jī)變頻簡(jiǎn)圖 圖 27 注塑機(jī)專用變頻圖 8 （ 2） 全自動(dòng)變頻恒壓供水系統(tǒng) 通過一臺(tái) 變頻 器同時(shí)控制多臺(tái)水 泵，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒壓供水，并可附設(shè)夜間小泵運(yùn)行及消防功能。 下圖為 變頻 恒壓供水系統(tǒng) 簡(jiǎn)易原理圖： 圖 28 變頻 恒壓供水系統(tǒng) 簡(jiǎn)易原理圖 （ 3） 行車電機(jī)變頻 調(diào)速控制 行車一般有多臺(tái)電機(jī)，分別控制大車、小車及吊鉤上下，這幾臺(tái)電機(jī)都可用 變頻 加以改造。 2） 節(jié)約備件，無需更換接觸器等低壓電器。 （ 4） 風(fēng)機(jī) 變頻調(diào)速改造 傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、水泵是通過風(fēng)門檔板或閥門來調(diào)節(jié)流量，由于流量與轉(zhuǎn)速成正比、功率與轉(zhuǎn)速的 3 次方成正比。鍋爐風(fēng)機(jī) 變頻調(diào)速：鍋爐風(fēng)機(jī)包括引風(fēng)機(jī)及鼓風(fēng)機(jī)，一般是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門檔板改變送風(fēng)量、采用 變頻 器后，可將風(fēng)門檔板調(diào)節(jié)至最大，通過 變頻 器進(jìn)行調(diào)速。 （ 6） 空壓機(jī)變頻 調(diào)速 通過一臺(tái) 變頻 器能同時(shí)控制多臺(tái)空 壓機(jī)，避免電機(jī)空轉(zhuǎn)耗能，無需專人值守，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)恒壓供氣，高效節(jié)能。同時(shí)能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫、濕度檢測(cè)及集中監(jiān)控、達(dá)到最佳舒適度控制。 一般都有數(shù)十甚至上百個(gè)參數(shù)供用戶選擇。但有些參數(shù)由于和實(shí)際使用情況有很大關(guān)系，且有的還相互關(guān)聯(lián)，因此要根據(jù)實(shí)際進(jìn)行設(shè)定和調(diào)試。由于基本參數(shù)是各類型變頻器幾乎都有的，完全可以做到觸類旁通。通常用頻率設(shè)定信號(hào)上升、下降來確定加減速時(shí)間。 加速時(shí)間設(shè)定要求：將加速電流限制在變頻器過電流容量以下，不使過流失速而引起變頻器跳閘；減速時(shí)間設(shè)定要點(diǎn)是：防止平滑電路電壓過大，不使再生過壓失速而使變頻器跳閘。 （ 2） 轉(zhuǎn)矩提升 又叫轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，是為補(bǔ)償因電動(dòng)機(jī)定子繞組電阻所引起的低速時(shí)轉(zhuǎn)矩降低，而把低頻率范圍 f/V 增大的方法。如采用手動(dòng)補(bǔ)償時(shí)，根據(jù)負(fù)載特性，尤其是負(fù)載的起動(dòng)特性，通過試驗(yàn)可選出較佳曲線。 （ 3） 電子熱過載保護(hù) 本功能為保護(hù)電動(dòng)機(jī)過熱而設(shè)置 。本功能只適用于“一拖一”場(chǎng)合，而在“一拖多”時(shí)，則應(yīng)在各臺(tái)電動(dòng)機(jī)上加裝熱繼電器。 （ 4）頻率限制 即變頻器輸出頻率的上、下限幅值。在應(yīng)用中按實(shí)際情況設(shè)定即可。 （ 5）偏置頻率 有的又叫偏差頻率或頻率偏差設(shè)定。有的變頻器當(dāng)頻率設(shè)定信號(hào)為 0%時(shí)，偏差值可作用在 0～ fmax 范圍內(nèi)，有的變頻器 (如明電舍、三墾 )還可對(duì)偏置極性進(jìn)行設(shè)定。 （ 6）頻率設(shè)定信號(hào)增益 此功能僅在用外部模擬信號(hào)設(shè)定頻率時(shí)才有效。 （ 7）轉(zhuǎn)矩限制 可分為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制兩種。轉(zhuǎn)矩限制功能可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加速和減速控制。 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩功能提供了強(qiáng)大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)矩功能將控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差，而將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩限制在最大設(shè)定值內(nèi)，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大時(shí)，甚至在加速時(shí)間設(shè)定過短時(shí)，也不會(huì)引起變頻器跳閘。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大對(duì)起動(dòng)有利，以設(shè)置為 80～ 100%較妥。如制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定為 0%，可使加到主電容器的再生總量接近于 0，從而使電動(dòng)機(jī)在減速時(shí)，不使用制動(dòng)電阻也能減速至停轉(zhuǎn)而不會(huì)跳閘。 （ 8）加減速模式選擇 又叫加減速曲線選擇。設(shè)定時(shí)可根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性， 選擇相應(yīng)曲線，但也有例外，筆者在調(diào)試一臺(tái)鍋爐引風(fēng)機(jī)的變頻器時(shí)，先將加減速曲線選擇非線性曲線，一起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)變頻器就跳閘，調(diào)整改變?cè)S多參數(shù)無效果，后改為 S 曲線后就正常了。 （ 9）轉(zhuǎn)矩矢量控制 矢量控制是基于理論上認(rèn)為：異步電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)具有相同的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)理。因此，從原理上可得到與直流電動(dòng)機(jī)相同的控制性能。 11 現(xiàn)在的變頻器幾乎都采用無反饋矢量控制，由于變頻器能根據(jù)負(fù)載電流大小和相位進(jìn)行轉(zhuǎn)差補(bǔ)償，使電動(dòng)機(jī)具有很硬的力學(xué)特性，對(duì)于多數(shù)場(chǎng)合已能滿足要求，不需在變頻器的外部設(shè)置速度反饋電路。 與之有關(guān)的功能是轉(zhuǎn)差補(bǔ)償控制，其作用是為補(bǔ)償由負(fù)載波動(dòng)而引起的速度 偏差，可加上對(duì)應(yīng)于負(fù)載電流的轉(zhuǎn)差頻率。 （ 10）節(jié)能控制 風(fēng)機(jī)、水泵都屬于減轉(zhuǎn)矩負(fù)載，即隨著轉(zhuǎn)速的下降，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成比例減小，而具有節(jié)能控制功能的變頻器設(shè)計(jì)有專用 V/f 模式，這種模式可改善電動(dòng)機(jī)和變頻器的效率，其可根據(jù)負(fù)載電流自動(dòng)降低變頻器輸出電壓，從而達(dá)到節(jié)能目的，可根據(jù)具體情況設(shè)置為有效或無效。究其原因有： (1)原用電動(dòng)機(jī)參數(shù)與變頻器要求配用的電動(dòng)機(jī)參數(shù)相差太大。 (3)啟用了矢量控制方式，但沒有進(jìn)行電動(dòng)機(jī)參數(shù)的手動(dòng)設(shè)定和自動(dòng)讀取工作，或讀取方法不當(dāng)。變頻器的整流橋?qū)﹄娋W(wǎng)來說是非線性負(fù)載，它所產(chǎn)生的諧波會(huì)對(duì)同一電網(wǎng)的其他電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波干 擾。因此，變頻器對(duì)系統(tǒng)內(nèi)其他的電子、電氣設(shè)備備、過程控制、電梯、機(jī)床等方面的應(yīng)用，保證了調(diào)節(jié)精度，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了經(jīng)濟(jì)效益，但隨之也帶來了一些干擾問題。變頻器產(chǎn)生的干擾主要有三種：對(duì)電子設(shè)備的干擾、對(duì)通信設(shè)備的干擾及對(duì)無線電等產(chǎn)生的干擾。如果變頻器的干擾問題解決不好，不但系統(tǒng)無法可靠運(yùn)行，還會(huì)影響其他電子、電氣設(shè)備的正常工作。下面主要討論變頻器來說是一個(gè)電磁干擾源。電網(wǎng)中存在大量諧波源，如各種整流設(shè)備、交直流互換設(shè)備、電子電壓調(diào)整設(shè)備、非線性負(fù)載及照明設(shè)備等。變頻器的供電 12 電源受到來自被污染的交流電網(wǎng)的干擾后 ，若不加以處理，電網(wǎng)噪聲就會(huì)通過電網(wǎng)電源電路干擾變頻器。其次，共模干擾通過變頻器的控制信號(hào)線也會(huì)干擾變頻器的正常工作。其干擾途徑與一般電磁干擾途徑是一致的，主要分電磁輻射、傳導(dǎo)、感應(yīng)耦合。同樣，系統(tǒng)內(nèi)的干擾信號(hào)通過相同的途徑干擾變頻器的正常工作。 （ 1）電磁輻射 變頻器如果不是處在一個(gè)全封閉的金屬外殼內(nèi)，它就可以通過空間向外輻射電磁波。變頻器的整流橋?qū)﹄娋W(wǎng)來說是非線性負(fù)載，它所產(chǎn)生的諧波對(duì)接入同一電網(wǎng)的其它電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。高載波頻率和場(chǎng)控開關(guān)器件的高速切換（ dv/dt 可達(dá) 1kV/μ s 以上）所引起的輻射干擾問題相當(dāng)突出。而輻射場(chǎng)中的金屬物體還可能形成二次輻射。 （ 2）傳導(dǎo) 上述的電磁干擾除了通過與其相連的導(dǎo)線向外部發(fā)射，也可以通過阻抗耦合或接地回路耦合將干擾帶入其它電路。比較典型的傳播途徑是：接自工業(yè)低壓網(wǎng)絡(luò)的變頻器所產(chǎn)生的干擾信號(hào)將沿著配電變壓器進(jìn)入中壓網(wǎng)絡(luò)，并沿著其它的配電變壓器最終又進(jìn)入民用低壓配電網(wǎng)絡(luò)，使接自民用配電母線的電氣設(shè)備成為遠(yuǎn)程的受害者。當(dāng)干擾源的頻率較低 時(shí)，干擾的電磁波輻射能力相當(dāng)有限，而該干擾源又不直接與其它導(dǎo)體連接，但此時(shí)的電磁干擾能量可以通過變頻器的輸入、輸出導(dǎo)線與其相鄰的其他導(dǎo)線或?qū)w產(chǎn)生感應(yīng)耦合，在鄰近導(dǎo)線或?qū)w內(nèi)感應(yīng)出干擾電流或電壓。 變頻器干擾的危害 13 變頻器干擾主要有：一是變頻器中普遍使用了晶閘管或者整流二極管等非線性整流器件，其產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)將產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，引起電網(wǎng)電壓畸變（電壓畸變率用 THDv 表示，變頻器產(chǎn)生諧波引起的 THDv 在 10~40%左右），影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量；二是變頻器的輸出部分一般采用的是 IGBT 等開關(guān)器件，在輸出能量的同時(shí)將在輸出線上產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射干擾，影響周邊電器的正常工作。 （ 2） 諧波可以通過電網(wǎng)傳導(dǎo)到其它的用電器，影響了許多電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，比如諧波會(huì)使變壓器產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，使其局部過熱，絕緣老化，壽命縮短，以至于損壞；還有傳導(dǎo)來的諧波會(huì) 干擾電器設(shè)備內(nèi)部軟件或硬件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。