【正文】 ,減少了開關(guān)損耗。 　　目前較常用的軟件開關(guān)技術(shù)有部分諧振PWM和無損耗緩沖電路。然而,由于它是旋轉(zhuǎn)電機(jī),噪聲和損耗都較大,運行維護(hù)也復(fù)雜,響應(yīng)速度慢。 　　另一種方法是采用飽和電抗器的靜止無功補償裝置。 　　隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,使用SCR、GTO和IGBT等的靜止無功補償裝置得到了長足發(fā)展,其中以靜止無功發(fā)生器最為優(yōu)越。更重要的是,靜止無功發(fā)生器使用的抗器和電容元件小,大大縮小裝置的體積和成本。 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展意義 20 世紀(jì)60 年代以前，直流調(diào)速一直以控制能力強(qiáng)、可靠性高、噪聲低、控制電路簡單等一系列優(yōu)良的性能在傳動領(lǐng)域中占據(jù)著主導(dǎo)地位。由于換向器的存在，使直流電動機(jī)的維護(hù)工作量加大，單機(jī)容量、最高轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境等都受到限制。另外，隨著電力電子技術(shù)、控制技術(shù)以及微型計算機(jī)和大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，交流調(diào)速取代直流調(diào)速，計算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。 然而，要實現(xiàn)對交流電動機(jī)高性能的調(diào)速遠(yuǎn)比直流電動機(jī)調(diào)速困難得多。20 世紀(jì)60 年代以后，特別是70 年代以來，隨著新型自關(guān)斷電力電子器件、智能功率集成電路的問世，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，新的控制策略不斷涌現(xiàn)，使得交流調(diào)速技術(shù)得到迅猛發(fā)展，并已在冶金、機(jī)械、電氣、紡織、食品等行業(yè)得到普遍應(yīng)用，交流調(diào)速以其顯著的節(jié)電效果，優(yōu)良的調(diào)速性能以及廣泛的適用性逐步取代直流調(diào)速的地位，已經(jīng)成為電氣傳動領(lǐng)域發(fā)展的主流方向。功率器件發(fā)展迅速變頻調(diào)速技術(shù)是建立在電力電子技術(shù)基礎(chǔ)之上的。 在大功率交—交變頻(循環(huán)變流器) 調(diào)速技術(shù)方面，法國阿爾斯通已能提供單機(jī)容量達(dá)30 000 kW的電氣傳動設(shè)備用于船舶推進(jìn)系統(tǒng)。IPM 投入應(yīng)用比IGBT 約晚2年, 由于IPM 包含了IGBT 芯片及外圍的驅(qū)動和保護(hù)電路，有的甚至還把光耦也集成于一體，是一種更為適用的集成型功率器件。IPM 除了在工業(yè)變頻器中被大量采用之外，經(jīng)濟(jì)型的IPM 在近年內(nèi)也開始在一些民用品，如家用空調(diào)變頻器、冰箱變頻器、洗衣機(jī)變頻器中得到應(yīng)用。 控制理論和微電子技術(shù)的支持在現(xiàn)代自動化控制領(lǐng)域中，以現(xiàn)代控制論為基礎(chǔ)，融入模糊控制、專家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等新的控制理論為高性能變頻調(diào)速提供了理論基礎(chǔ)；16 位、32 位高速微處理器以及信號處理器(DSP)和專用集成電路(ASIC)技術(shù)的快速發(fā)展，則為實現(xiàn)變頻調(diào)速的高精度、多功能提供了硬件手段。當(dāng)時，在機(jī)械工業(yè)部屬下建立了我國第一個電氣傳動成套公司，即現(xiàn)在的天津電氣傳動設(shè)計研究所的前身。隨著改革開放，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，形成了一個巨大的市場，它既對國內(nèi)企業(yè)，也對外國公司敞開。國內(nèi)許多合資公司生產(chǎn)當(dāng)今國際上先進(jìn)的產(chǎn)品，國內(nèi)的成套部分在自行設(shè)計制造的成套裝置中采用外國進(jìn)口和合資企業(yè)的先進(jìn)設(shè)備，自己開發(fā)應(yīng)用軟件，能為國內(nèi)外重大工程項目提供一流的電氣傳動控制系統(tǒng)，在變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用和研究上取得了很大的成績。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的主要產(chǎn)品的狀況如下：晶閘管變流器和可關(guān)斷器件(DJT、IGBT、VDMOS)斬波器供電的直流調(diào)速設(shè)備這類設(shè)備的市場很大，隨著交流調(diào)速的發(fā)展，該市場雖在縮減，但由于我國舊設(shè)備改造任務(wù)重，以及它在幾百至一千多kW范圍內(nèi)價格比交流調(diào)速設(shè)備價格低得多，所以短期內(nèi)仍有較大市場，國產(chǎn)設(shè)備能滿足需要，部分出口。IGBT 或BJT PWM 逆變器供電的交流變頻調(diào)速設(shè)備這類設(shè)備總?cè)萘空嫉谋壤淮?，但臺數(shù)多，增長快，應(yīng)用范圍從單機(jī)擴(kuò)展到全生產(chǎn)線，從簡單的V/f 控制到高性能的矢量控制。國內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造，目前容量最大做到12 MW。交—交變頻器供電的變頻調(diào)速設(shè)備這類產(chǎn)品在軋機(jī)和礦井卷揚機(jī)傳動方面有很大需求，臺數(shù)不多，功率大。目前最大容量做到7 000到8 000 kW。 交流變頻調(diào)速是強(qiáng)、弱電混合，機(jī)電一體的綜合技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換，又要處理信息的收集變換和傳輸。前者要解決與高壓大電流有關(guān)的技術(shù)問題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問題，后者要解決硬、軟件開發(fā)問題。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的信息處理能力，能通過自身學(xué)習(xí)來解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題，故目前已成為非線性系統(tǒng)建模的重要技術(shù)。 實現(xiàn)全數(shù)字控制化。 實現(xiàn)變頻器的通信網(wǎng)絡(luò)化和技術(shù)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化。進(jìn)一步可形成集散式(DCS)變頻控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線(FCS)變頻控制系統(tǒng)。 實現(xiàn)變頻器的特大容量化隨著電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，控制容量將進(jìn)一步增大，使交流電機(jī)比直流電機(jī)的優(yōu)勢更加明顯。利用不斷發(fā)展的大規(guī)模集成電路工藝，把自動控制系統(tǒng)中控制電路集成化為若干個專用IC芯片(ASIC )，使整個系統(tǒng)的構(gòu)成更小型、可靠，從而構(gòu)成強(qiáng)弱電一體的智能化電機(jī)。但開關(guān)頻率提高，會增加器件自身的開關(guān)損耗，影響變頻器的效率和可靠性，使其調(diào)制頻率受到限制。各國正在利用新一代高頻電力電子器件，如靜電感應(yīng)晶閘管(SITH )，以及IGCT 和IECT，研發(fā)新一代高頻的電控裝置。軟開關(guān)技術(shù)是目前國內(nèi)外電力電子技術(shù)領(lǐng)域中的研究方向之一。近年來，軟開關(guān)技術(shù)被引進(jìn)變頻控制中并己逐漸推向?qū)嵱谩? 實現(xiàn)變頻器的“綠色環(huán)?！被Ｋ^清潔電能變頻器是指變頻器的功率因數(shù)為1，電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)的諧波分量很少。 變頻調(diào)速技術(shù)作為高新技術(shù)、基礎(chǔ)技術(shù)和節(jié)能技術(shù)，已經(jīng)滲透到所有經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的技術(shù)部門中。2 異步電動機(jī)的基本原理及調(diào)速方法 異步電動機(jī)概述 異步電機(jī)也稱感應(yīng)電動機(jī)與其他電動機(jī)相比，異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，使用方便，運行可靠，效率高，易于制造和維修，價格低廉等許多優(yōu)點。 異步電動機(jī)基本結(jié)構(gòu) 三相異步電動機(jī)由固定的頂子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩個基本部分組成，轉(zhuǎn)子裝在定子內(nèi)腔里，借助軸承被支撐在兩個端蓋上。(1)定子 定子由定子三相繞組，定鐵心和機(jī)座組成。 定子三相繞組的機(jī)構(gòu)是對稱的，一般有六個出線置于機(jī)盒外側(cè)的接線盒內(nèi)，根據(jù)需要接成星形或三角形。轉(zhuǎn)子鐵心也是電機(jī)磁路的一部分，也是用電工鋼片疊成。 轉(zhuǎn)子繞組是異步電機(jī)電路的另一部分，其作用為切割定子磁場，產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流，并在磁場作用下受力而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組的各相均由單根導(dǎo)條組成，其感應(yīng)電勢不大，加上導(dǎo)條和鐵心疊片之間的接觸電阻較大，所以無需專門把導(dǎo)條和鐵心用絕緣材料分開。三相一般為星形接法，三根引出線分別接到固定在轉(zhuǎn)軸上并互相絕緣的三個集電環(huán)上，再通過安裝在端蓋上的電刷裝置與集電環(huán)接觸把電流引出來。轉(zhuǎn)軸一般由中碳鋼或合金鋼制成。氣隙越大，磁阻越大，要產(chǎn)生同樣大小的磁場，就需要較大的勵磁電源。變壓器大勵磁電流約為額定電流的3%,異步電機(jī)的勵磁電流約為額定電流的30%。為提高異步電機(jī)的功率因素，必須減少它的勵磁電流，最有效的方法是盡可能縮短氣隙長度。(4)其他部件 端蓋：安裝在機(jī)座的兩端，它的材料加工方法與機(jī)座相同，一般為鑄鐵件。端蓋除了起支撐作用外，還起著保護(hù)定，轉(zhuǎn)子繞組的作用。軸承端蓋：保護(hù)軸承，使軸承內(nèi)的潤滑油不致溢出。 當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體時，在其中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中有電流流過。轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，作電動機(jī)運行。可見，異步電機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的必要條件是，磁場的同步轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n不相等把同步轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的差值稱為轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速n1的比值稱為轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)擦率用s來表示，即 ()轉(zhuǎn)差率是異步電機(jī)的一個基本變量，它可以表示異步電機(jī)的各種不同運行狀態(tài)。 在三種運行狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速不同，因而稱為異步電機(jī)。 異步電動機(jī)電路的等效變換(1)異步電機(jī)定轉(zhuǎn)子磁鏈方程定子磁鏈 （）轉(zhuǎn)子磁鏈 （）勵磁磁鏈 （）式中: , — — — 定、 轉(zhuǎn)子電流矢量。 , — — — 定、 轉(zhuǎn)子繞組全電感。定子磁鏈由定子和轉(zhuǎn)子 電流共同決定,轉(zhuǎn)子磁鏈也如此。這是一種場路結(jié)合的分析方法,定、 轉(zhuǎn)子相互之間通過勵磁磁鏈耦合起來,勵磁磁鏈。轉(zhuǎn)子磁鏈為勵磁磁鏈與轉(zhuǎn)子漏磁鏈之和。 圖 　T型瞬態(tài)等效電路 ()　 圖中電路同定子繞組匝數(shù)不變、 轉(zhuǎn)子繞組的匝數(shù)變化倍的電路等效,稱為 T型變換。根據(jù)上面介紹的分析方法,定、 轉(zhuǎn)子電壓平衡方程式中都包括 ,得到 T型動態(tài)等效電路一般形式如圖 。即在等效電路中的勵磁支路的磁鏈可以分別代表氣隙磁鏈、 轉(zhuǎn)子磁鏈和定子磁鏈。當(dāng)時,即為 T1型動態(tài)等效電路(見圖 ) ,轉(zhuǎn)子的漏感正好為 0。該圖中勵磁磁鏈正好為實際的轉(zhuǎn)子磁鏈乘以一個系數(shù)。知道定子電壓電流就可計算出勵磁磁鏈,乘以系數(shù) 即實際的轉(zhuǎn)子磁鏈。圖 　T2 型動態(tài)等效電路 ()　 勵磁磁鏈為正好為實際的定子磁鏈,勵磁電感為 、 轉(zhuǎn)子電流為 。在直接轉(zhuǎn)矩控制中要求直接控制定子磁鏈,定子磁鏈?zhǔn)峭ㄟ^控制定子電壓獲得的。 異步電機(jī)變頻調(diào)速原理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。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。由交直交電流型負(fù)載換流變壓變頻器供電的同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 大型同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子上一般都具有勵磁繞組，通過滑環(huán)由直流勵磁電源供電，或者由交流勵磁發(fā)電機(jī)經(jīng)過隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的整流器供電。這樣的逆變器稱作負(fù)載換流逆變器（Loadmutated Inverter，簡稱LCI）。 由于變壓變頻裝置是電流型的，還單獨畫出了電流控制器（包括電流調(diào)節(jié)和電源側(cè)變換器的觸發(fā)控制）。解決方案 這時，須采用“直流側(cè)電流斷續(xù)”的特殊方法，使中間直流環(huán)節(jié)電抗器的旁路晶閘管導(dǎo)通，讓電抗器放電，同時切斷直流電流，允許逆變器換相，換相后再關(guān)斷旁路晶閘管，使電流恢復(fù)正常。 變頻調(diào)速的控制方式及選定變頻器選型時要確定以下幾點： (1) 采用變頻的目的；恒壓控制或恒流控制等。 (3) 變頻器與負(fù)載的匹配問題； ；變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。對于特殊的負(fù)載如深水泵等則需要參考電機(jī)性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。 (4) 在使用變頻器驅(qū)動高速電機(jī)時，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。 (5) 變頻器如果要長電纜運行時，此時要采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣情況下，變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。3 變頻器主電路設(shè)計 變頻器分為交—交變頻器和交—直—交變頻器兩大類。目前主要應(yīng)用的是交—直—交變頻器。 交—直—交變頻器的主電路框圖 整 流 電 路 整流電路是一種將輸入的交流電壓變換為輸出的直流電壓的電路。 不可控整流電路 1．不可控器件—功率二極管2．不可控整流電路 單相不可控整流橋及整流電壓波形 為了減小整流輸出直流電壓的脈動，常在直流側(cè)并接一個大電容，作為穩(wěn)壓電容。整流電路輸出的電壓是脈動的，需要進(jìn)行濾波，以獲得恒流(電流型)或恒壓(電壓型)電源。 逆 變 電 路 逆變是整流的逆過程，即把直流電變成交流電稱為逆變。當(dāng)交流側(cè)直接和負(fù)載相連時，稱為無源逆變。 逆變電路的工作原理 為單相橋式逆變電路。 電壓型逆變器和電流型逆變器的結(jié)構(gòu)簡圖 電壓型逆變電路有以下特點：直流側(cè)為電壓源，直流側(cè)電壓基本無脈動；交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，與負(fù)載阻抗無關(guān)；為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋的各橋臂開關(guān)器件都反并聯(lián)有反饋二極管，一起構(gòu)成逆導(dǎo)開關(guān)。 IGBT與二極管構(gòu)成的逆導(dǎo)開關(guān) 三相橋式逆變電路。 。給定方式給定方式分為模擬量給定和數(shù)字量給定。模擬量給定時的頻率精度略低，為最高頻率的177。 (1) 電壓信號。其范圍有0～5V或0～10V。輸入電壓()可進(jìn)行“0～5V，0～10V”選擇。 “1”——DC0～10V。以電流大小作為給定信號的稱電流信號，其范圍為4～20mA。這是為了方便檢查工作是否正常。① 電位器給定。③ 輔助給定。 多擋轉(zhuǎn)速控制給定。通過RS485通信電