【正文】 starters , frequency control , improve running accuracy , changing the power factor , over current / overvoltage / overload protection and other functions.引 言 上世紀(jì) 80 年代以來(lái)，隨著電氣技術(shù)的發(fā)展，高壓大功率交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)起到越來(lái)越大的作用，在能源、鋼鐵、機(jī)械、化工及交通等領(lǐng)域中，處處可見(jiàn)大中容量的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。 變頻器是通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。目前用于交流同步或異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，是交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方案中最理想的。 按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際慣例，供電電壓若小于 1kV 時(shí)稱為低壓，若在 1kV~10kV 之間稱為中壓，大于 10kV 以上則稱為高壓，但是，由于中壓和高壓的變頻器或電機(jī)有著許多共同的特點(diǎn)，控制策略類(lèi)似，所以統(tǒng)稱中高壓變頻器或中高壓電機(jī)。目前，在煤炭、冶金、石油、化工等行業(yè)，大量大功率傳動(dòng)系統(tǒng)占主導(dǎo)作用，如大功率風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)電機(jī)，為提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，中高壓大容量變頻調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用其中；在社會(huì)方面，為解決環(huán)境污染、資源浪費(fèi)，變頻調(diào)速系統(tǒng)也是一種最直接、最有效的方法之一，如高速電氣化鐵路、城市輕軌以及電動(dòng)汽車(chē)等，不僅可以大大減少空氣污染，而且節(jié)能效果顯著。論文目錄摘 要引 言第一章 前 言 第二章 變頻電源基礎(chǔ) 第三章 變頻電源分析設(shè)計(jì) . 整流電路分析設(shè)計(jì) . 斬波電路分析設(shè)計(jì) . 逆變電路分析設(shè)計(jì) . 濾波電路分析設(shè)計(jì) . 控制電路方案分析設(shè)計(jì)第四章 結(jié)論與展望第一章 前 言. 意義及必要性意義隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)和矢量控制技術(shù)得到了日益完善。近幾年來(lái)，變頻器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用和推廣，變頻器在皮帶運(yùn)輸機(jī)上的應(yīng)用便是其中一例。煤礦生產(chǎn)中可使用變頻調(diào)速的設(shè)備很多，如通風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)、水泵、給煤機(jī)、調(diào)車(chē)絞車(chē)、輸送機(jī)(皮帶、刮板)利用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)煤礦企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造，完全能達(dá)到改善工況、節(jié)省電費(fèi)、提高效率的目的。煤礦的安全生產(chǎn)和產(chǎn)量任務(wù)在不斷增加，對(duì)安裝工程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化也在提高，如何在工作中提高業(yè)務(wù)能力和學(xué)習(xí)理論知識(shí)是廣大機(jī)電工人的重要話題。因此，加強(qiáng)改變礦用變頻電源必要的。市場(chǎng)數(shù)據(jù)： 我國(guó)每年需求形成約100億元市場(chǎng)空間。在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域，變頻調(diào)速系統(tǒng)因效率高、性能好而成為主流。變頻器技術(shù)新動(dòng)向:信息技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了變頻技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速因具有調(diào)速精度高、啟動(dòng)能耗低，占地少、工藝先進(jìn)、功能豐富、操作簡(jiǎn)便、通用性強(qiáng)、易形成閉環(huán)控制等特點(diǎn)，被認(rèn)為是最理想的調(diào)速方案，代表電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。目前國(guó)內(nèi)諸多變頻器生產(chǎn)廠家都在高壓變頻器領(lǐng)域投入大量的人力與物力，力求在目前變頻器技術(shù)方面占領(lǐng)制高點(diǎn)。為應(yīng)對(duì)來(lái)自不同應(yīng)用領(lǐng)域的挑戰(zhàn)，變頻器也在不斷更新?lián)Q代，產(chǎn)品越來(lái)越多樣化。二是簡(jiǎn)單或行業(yè)專用的變頻器以及實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化、小型化。此外，伴隨新型高壓電力電子器件的問(wèn)世，高壓和中壓變頻器也有長(zhǎng)足的發(fā)展。國(guó)內(nèi)變頻器現(xiàn)狀:目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的變頻器廠家有300多家。目前，外資品牌在國(guó)內(nèi)變頻器市場(chǎng)的占有率約為7成，本土變頻器企業(yè)主要生產(chǎn)V/F控制產(chǎn)品，對(duì)于性能優(yōu)越、技術(shù)含量高的矢量變頻器，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)企業(yè)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品還不夠成熟。雖然尚未具備和國(guó)際頂級(jí)品牌展開(kāi)全面競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力，但在部分細(xì)分產(chǎn)品和市場(chǎng)上顯示出一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)份額逐步擴(kuò)大。由于市場(chǎng)極具吸引力，不但市場(chǎng)已形成一定規(guī)模，而且潛在容量也十分可觀，不斷吸引著行業(yè)新參與者。變頻器市場(chǎng)前景廣闊:變頻器技術(shù)的發(fā)展，使變頻器在電力、水泥、電梯、礦山、冶金、交通等現(xiàn)代化領(lǐng)域得到空前的推廣和應(yīng)用。而且，隨著用戶需求的進(jìn)步和多樣化，國(guó)內(nèi)變頻器產(chǎn)品的功能在不斷完善和增加，集成度和系統(tǒng)化程度也越來(lái)越高，并且已經(jīng)出現(xiàn)某些專用變頻器產(chǎn)品，這都為我國(guó)變頻器市場(chǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)大奠定了基礎(chǔ)。而在10年以后，變頻器市場(chǎng)才能飽和。目前國(guó)內(nèi)帶變動(dòng)負(fù)載、由此為變頻器的應(yīng)用提供了極為巨大的市場(chǎng)。煤礦用的通風(fēng)機(jī)、水泵和空氣壓縮機(jī)，電源浪費(fèi)較嚴(yán)重，需重點(diǎn)治理，高壓變頻技術(shù)因其可以有效的節(jié)約能源，得到了廣泛應(yīng)用。但很遺憾的是國(guó)產(chǎn)變頻器的占有量不到 20%，這里面的原因比較復(fù)雜。行業(yè)的特殊性，要求設(shè)備具有極高的可靠性并能夠在爆炸性的環(huán)境中工作。隨著新型電力電子器件向高電壓、大電流方向快速發(fā)展，多電平拓?fù)淠孀兤鞒蔀楦邏鹤冾l調(diào)速成為首選方案?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)大部分高壓變頻器都是從國(guó)外進(jìn)口的，隨著開(kāi)關(guān)器件的發(fā)展現(xiàn)在推出的最優(yōu)高壓變頻器是“完美無(wú)諧波”系列。高壓變頻器的發(fā)展趨勢(shì)：①現(xiàn)在大部分高壓變頻器的開(kāi)關(guān)器件都是用 IGBT 或 IGCT ，IGCT 的電壓電流承受能力更大，比較適合在高壓大功率變頻器中應(yīng)用且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，因此其是開(kāi)關(guān)器件的發(fā)展趨勢(shì)。要想減小開(kāi)關(guān)器件所應(yīng)承受的電壓，就要發(fā)展多電平技術(shù)，不僅減小電壓還能使電壓波形變得更加平滑，因此多電平技術(shù)勢(shì)必是將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。而且進(jìn)入該領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠商眾多，在相同的技術(shù)水平下，使得目前的競(jìng)爭(zhēng)較為混亂。. 礦用變頻技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，目前煤炭仍然是我國(guó)的主要能源，煤炭企業(yè)生產(chǎn)要達(dá)到安全高效，對(duì)于創(chuàng)建節(jié)約型社會(huì)有著重要的意義。自上世紀(jì)8O年代被引進(jìn)中國(guó)以來(lái)，變頻器作為節(jié)能應(yīng)用與速度控制領(lǐng)域中越來(lái)越重要的自動(dòng)化設(shè)備，得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速是目前交流電動(dòng)機(jī)最理想、最節(jié)能的調(diào)速方案?！?8176?！?0176。 圖1 單相半波可控整流電路及波形VT的α移相范圍為180176。幾個(gè)概念的解釋：Ud為脈動(dòng)直流，波形只在U2正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱“半波”整流。Ud波形在一個(gè)電源周期中只脈動(dòng)1次，故該電路為單脈波整流電路。導(dǎo)通角：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為，用θ表示。直流輸出電壓平均值為：（21）這種通過(guò)控制觸發(fā)脈沖的相位來(lái)控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡(jiǎn)稱相控方式?？梢?jiàn)，盡管是電阻負(fù)載，電源的功率因素也不為1。（2）單相橋式全控整流電路單相整流電路中應(yīng)用較多的a 帶電阻負(fù)載的工作情況工作原理及波形分析見(jiàn)圖2：VT1和VT4組成一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過(guò)零時(shí)關(guān)斷；VT2和VT3組成另一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過(guò)零時(shí)關(guān)斷。圖2 單相全控橋式帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形 （210）（211） （212）（213） （214）不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量為S=U2I2 。（215）晶閘管移相范圍為90176。晶閘管導(dǎo)通角θ與a無(wú)關(guān)，均為180176。的矩形波，其相位由a角決定，有效值I2=Id。 （216）圖27 單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢(shì)—電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形 在a 角相同時(shí)，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時(shí)大。與此對(duì)應(yīng)，若id波形不出現(xiàn)為0的點(diǎn)的情況，稱為電流連續(xù)。為了使晶閘管可靠導(dǎo)通，要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)wt=δ時(shí)刻有晶閘管開(kāi)始承受正電壓時(shí)，觸發(fā)脈沖仍然存在。負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)則電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性將很軟。這時(shí)整流電壓ud的波形和負(fù)載電流id的波形與電感負(fù)載電流連續(xù)時(shí)的波形相同，ud的計(jì)算公式亦一樣。 兩者的區(qū)別：（1）單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，繞組及鐵芯對(duì)銅、鐵等材料的消耗多；（2）單相全波只用2個(gè)晶閘管，比單相全控橋少2個(gè)，相應(yīng)地，門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路也少2個(gè)；但是晶閘管承受的最大電壓為 ，是單相全控橋的2倍；（3）單相全波導(dǎo)電回路只含1個(gè)晶閘管，比單相橋少1個(gè)，因而管壓降也少1個(gè)從上述（2）、（3）考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場(chǎng)合應(yīng)用。如此即成為單相橋式半控整流電路（先不考慮VDR）。在u2正半周，觸發(fā)角a處給晶閘管VT1加觸發(fā)脈沖，u2經(jīng)VT1和VD4向負(fù)載供電u2過(guò)零變負(fù)時(shí)，因電感作用使電流連續(xù)，VT1繼續(xù)導(dǎo)通。u2過(guò)零變正時(shí)，VD4導(dǎo)通，VD2關(guān)斷。若無(wú)續(xù)流二極管，則當(dāng)a突然增大至180176。有續(xù)流二極管VDR時(shí)，續(xù)流過(guò)程由VDR完成，晶閘管關(guān)斷，避免了某一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通從而導(dǎo)致失控的現(xiàn)象。圖211 單相橋式半控整流電路的另一接法（1）三相半波可控整流電路a 電阻負(fù)載 電路的特點(diǎn)：變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三角形避免3次諧波流入電網(wǎng)三個(gè)晶閘管分別接a、b、c三相電源，其陰極連接在一起——共陰極接a =0176。此時(shí)，相電壓最大的一個(gè)所對(duì)應(yīng)的二極管導(dǎo)通，并使另兩