變頻電源
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變頻電源范文第1篇
論文關鍵詞：低壓；變頻電動機；繞組型式；成型繞組
論文摘要：文章根據(jù)變頻電機電源的特點，分析了散下繞組、成型繞組和半成型繞組耐脈沖電壓沖擊功能、電氣性能、制造難度、生產(chǎn)成本及它們對中型低壓變頻電動機的實用性和可靠性的影響。
中型（鐵芯外徑Ф500～Ф1000）、低壓（380V～1140V或1650V）一般電動機輸出功率都比較大。通常電源由交流電網(wǎng)供給，電壓穩(wěn)定，波形基本為正弦波，諧波很少，除大氣過電壓或開關操作過電壓等事故狀態(tài)外，電動機正常運轉(zhuǎn)期間很少受電壓波動的沖擊。其定子繞組型式，以前JBR和一些大電流曾采用成型線圈，早年380V的JS、JS2采用半成型線圈，近年來多采用散下線的迭繞或同心繞組。如380V的Y和Y2315-355、380V～690V的IMJ315-450和ILA8315-450等。而變頻電機一般由逆變器供電，電壓多含高脈沖高頻率諧波，文章將著重討論中型低壓變頻電動機的繞組形式。
一、中型低壓變頻電動機電源的特點
一般變頻電動機多采用晶體管逆變器供電，晶體管逆變器采用高頻率脈沖，脈沖升降時間很短，從而在電機繞組中產(chǎn)生高電壓諧波，電壓脈沖峰值比標準額定電壓高得多，因而線圈匝間和相間以及同相線圈間的電壓應力可能非常高。有文獻報導：380V電動機相間脈沖電壓達1000V～1100V，相首線圈的脈沖電壓達700V～900V，線圈間脈沖電壓達650V～900V；500V電壓的變頻電動機的電壓應力，相間脈沖電壓達1200V～1400V，相首線圈的脈沖電壓達900V～1000V，線圈間脈沖電壓達8000V～1000V。電壓脈沖峰值與電動機額定電壓呈正相關關系，電壓脈沖在繞組線圈中傳播逐漸衰減。“Δ”接線繞組相首相尾的匝間以及相鄰相間的線圈端部，是脈沖高壓的最危險受害部位。因此，提高中型低壓電動機繞組耐電壓脈沖應力的問題不容忽視。
二、中型低壓變頻電機繞組型式的評價
（一）散下圓銅線繞組
由于圓銅線散下繞組結(jié)構(gòu)簡單、下線工藝傳統(tǒng)化；散下線繞組端部短、用銅少、電阻和漏抗小；與散下線相配套的半閉口槽槽口相對較小，對降低齒諧波幅值、均衡氣隙磁場、改善電機性能、降低溫升、提高出力等有利，所以一般中型低壓的普通電機經(jīng)常采用，一些小功率變頻電機也采用圓銅線散下繞組。
因電動機功率大、電源電壓低、電流很大，線圈導線并繞根數(shù)多達70多根，匝數(shù)少至2～3匝，匝間工作電壓高。如采用2級漆包圓銅線線制作線圈，因漆包線或多或少都存在一些小針孔，加上制造工藝的損傷，匝間工作電壓高和散下在槽內(nèi)的線圈首匝與末匝相碰的機遇較多，匝間進行耐壓試驗或運行一段時間后發(fā)現(xiàn)一些電機發(fā)生匝間短路故障。
即使采用3級漆包線（所謂變頻電機專用線），絕緣層加大了導線的安全距離，但漆層的小孔仍難以杜絕，加厚的漆層在制造期間易變脆，使用期間出現(xiàn)老化變得越來越脆，容易產(chǎn)生危險的裂紋。當浸漬漆填充不好的氣隙、針孔或后發(fā)生的裂紋處就很可能在高頻脈沖電壓下發(fā)生放電甚至局部出現(xiàn)電暈，使線圈絕緣加速老化、擊穿或燒毀，降低了中型低壓變頻電動機的可靠性。繞組的過早損壞將縮短中型低壓變頻電機的壽命，有的運行一、二年，甚至幾個月就出現(xiàn)損壞。21寫作秘書網(wǎng)
（二）成型繞組
成型繞組一般是用扁線繞繞制，經(jīng)漲型、整型、壓型、包絕緣等工序，一根扁線的截面積比散下繞組一根Φ1.5～Φ1.6圓線的截面積大得多，因而導體的并繞根數(shù)也少得多，導線絕緣占槽面積少；扁線的4個圓角所空的面積比并繞多根圓線四角所空的面積少得多，槽的有效填充系數(shù)高。成型繞組扁線排列比散下繞組的圓線整齊，杜絕首匝碰末匝或隔匝相鄰的現(xiàn)象，匝間絕緣容易保證，相首相尾線圈加強匝間絕緣也容易做到。槽內(nèi)上下層線圈和繞組端部的線圈之間和相間都有一定的間隙，絕緣容易保證。因此，成型繞組是提高變頻電動機耐電壓脈沖應力最好的繞組型式之一。但是，成型繞組的端部較長，用銅量多，電阻電抗大，銅耗大。與成型繞組配套的開口槽對氣隙磁場的均勻分布影響較大，使齒諧波幅值增大，附加鐵耗高，電動機效率較低。開口槽的卡氏系數(shù)大，加大了有效氣隙長度，導致功率因數(shù)不高，鐵芯長，用鐵量大。總之，電動機性能相對較差，制造成本較高。
（三）半成型繞組配套半開口槽或小半開口槽
半成型繞組是指一個槽內(nèi)每層一般并排放置兩個半線圈，每半個線圈用扁線繞制，經(jīng)漲型、整形、壓型、定型（包扎固定或加包一層絕緣）等工序，主絕緣象散下線一樣放置在槽內(nèi)。扁線并繞的根數(shù)也比圓線少得多，槽的有效填充系數(shù)也挺高，導線排列也很整齊，也沒有首匝末匝相碰或隔匝相鄰的現(xiàn)象，匝間絕緣得以保證，相首相末加強匝間絕緣也容易實現(xiàn)，上下層線圈和繞組端部以及相間也有一定間隙，完全可以提高變頻電動機耐電壓脈沖的能力。
半成型繞組端部較散下繞組長，但比成型繞組短，槽口寬度在壯半閉口與開口槽之間，鐵芯長也在兩者之間，用銅量、用鐵量、銅耗、鐵耗、電動機效率、功率因數(shù)和電動機制造成本也都在兩面三刀者之間。
三、結(jié)論
從以上對比分析得知，雖然成型繞組對提高耐電壓脈沖應力最好甚至功能過剩，但其銅鐵用量大、成本高。而散下繞組雖然制造成本低、電機性能較好，但存在耐電壓脈沖功能不足的致命弱點，使電機可靠性差、壽命短。綜合電動機性能、溫升、生產(chǎn)難易程度、成本、特別是耐電壓脈沖的能力和可靠程度等方面，半成型繞組的功能綜合對比不失為中型低壓變頻電動機的最佳選擇。
實際生產(chǎn)中，有些電動機生產(chǎn)商在額定電壓690V、額定頻率50HZ、功率范圍為110～1400KW的H355-560變頻調(diào)速電機中，就采用半成型繞組，生產(chǎn)了許多規(guī)格，并取得了良好效果。
參考文獻
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變頻電源范文第2篇
關鍵詞：二次回路；漏電保護器；中性線N；保護接地；
1．問題的提出
VPSF變頻串聯(lián)諧振試驗裝置（以下簡稱試驗裝置）是普遍用于電力、冶金、石油、化工等行業(yè)110kV電纜、變壓器、互感器等電氣耐壓的試驗裝置。VPSF變頻串聯(lián)諧振試驗方法是根據(jù)串聯(lián)諧振的原理[1]，通過改變試驗回路的試驗頻率，使得回路的串聯(lián)電抗器的電感L和試品的電容Ck發(fā)生串聯(lián)諧振，諧振電壓就是加在被試電氣設備的電壓。由于試驗回路中試品上的大部分容性電流與電抗器上的感性電流相抵消，電源供給的能量僅為回路中消耗的有功功率，為試品容量的1/Q(Q為回路的品質(zhì)因數(shù))。因此試驗裝置的電源容量很小，使得裝置本身的重量輕便。所以，裝置的輕便性和實用性都是傳統(tǒng)工頻耐壓裝置所無法比擬的。
三相橋式連接變頻器的作用是將三相主電源電壓轉(zhuǎn)換成為可調(diào)幅方波電壓。通過主回路開關取得三相線電壓傳送到6脈沖轉(zhuǎn)換器整流，然后提供給電容組。方波輸出電壓由轉(zhuǎn)換橋以需要的輸出頻率產(chǎn)生，輸出電壓的有效值通過調(diào)整脈沖寬度實現(xiàn)無級可調(diào)。
試驗裝置控制系統(tǒng)是變頻諧振系統(tǒng)的核心模塊，包含了所有的電子及控制回路，它集中放在控制柜中，試驗裝置的操作屏在控制柜的上方，操作人員通過控制柜可以控制所有的功能及讀取最新的測量值(電壓、頻率、電流)，以及顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)。所有的控制信號由微處理器產(chǎn)生，在它的控制下系統(tǒng)產(chǎn)生一個預設頻率，或者自動將輸出頻率調(diào)整到諧振頻率，以達到用小電流低電壓來控制大電流高電壓的目的。
由于控制系統(tǒng)需要220V的單相電源[2]，這就需要從三相線電壓中抽出其中一相和中性線N組成一組電壓，供給控制系統(tǒng)的微處理器和其他相關的二次回路工作電源及控制電源。而三相橋式連接變頻器則仍然需要三相線電壓，這種接線方式就會造成當試驗裝置的主電源合閘后，交流380V的其中一相電流會經(jīng)過試驗裝置的二次回路及地流壓器的中性線N，則在漏電保護器的內(nèi)部回路中就表現(xiàn)為線路單相接地而動作漏電保護器分閘，從而造成VPSF變頻試驗裝置無法工作。
所以在實際的接線過程中，試驗人員往往會繞過漏電保護器接電，這種接線方式能夠正常操作試驗裝置，但是卻造成了試驗裝置設備和操作人員的安全隱患，比如：
（1）當輸入的電源線或試驗裝置發(fā)生單相接地短路時，由于沒有漏電保護器的保護而不會動作分閘，造成三相電壓不平衡，使試驗裝置無法正常工作，長時間電源單相接地還可能會引起火災等事故。
（2）如果在試驗工作中發(fā)生人員單相觸電事故，由于沒有通過漏電保護器，只能靠空氣開關、熔斷器等保護電器動作分閘，而它們動作電流比漏電保護器大的多，動作有一定的延時，而不能可靠和迅速的切斷，造成人員傷亡事故。
（3）如果輸入電源是從臨時的配電變壓器引入，還可能會因為試驗裝置的接地點與配電變壓器的接地點之間的接地電阻大而造成試驗設備二次回路電壓過低而無法正常啟動。
2．漏電保護器動作原理[3]
為能說明這個問題，需要介紹一下漏電保護器的動作原理。下面就漏電保護器在供電系統(tǒng)中的工作原理。
圖1是三相四線制供電系統(tǒng)的漏電保護器工作原理示意圖。TA為零序電流互感器，QF為主開關，TQ為主開關的分勵脫扣器線圈。在被保護電路工作正常，沒有發(fā)生漏電或觸電的情況下，由基爾霍夫定律可知，通過TA一次側(cè)的電流相量和IΣ等于零，這使得TA鐵芯中的磁通的相量和ФΣ也等于零。這樣TA 的二次側(cè)不產(chǎn)生感應電動勢，漏電保護器不動作，系統(tǒng)保持正常供電。
當被保護電路發(fā)生漏電或有人觸電時，由于漏電電流的存在，通過TA一次側(cè)各相電流的相量和IΣ不再等于零，產(chǎn)生了漏電電流IX ，這使得TA鐵心中的磁通相量和ФΣ也不再等于零，相應的產(chǎn)生了漏磁通ФX ，此時在鐵心中也就出現(xiàn)了交變磁通。在交變磁通作用下，TQ二次側(cè)線圈就會產(chǎn)生感應電動勢，此漏電信號經(jīng)中間環(huán)節(jié)進行處理和比較，當達到預定值時，使主開關分勵脫扣器線圈TQ通電，驅(qū)動主開關QF自動跳閘，切斷故障電路，從而實現(xiàn)保護。
3．VPSF變頻試驗裝置輸入電源改進方法
根據(jù)上述的VPSF變頻試驗裝置的輸入電源情況分析，最主要的問題在于220V單相電源的中性線N的接線方式，如果把交流380V三相電源接在漏電保護器的下樁頭，中性線N直接接地，就會造成漏電保護器誤動作。而把交流380V三相電源繞過漏電保護器接在閘刀的下樁頭，雖然變頻試驗裝置能夠正常的工作，負荷電流過大或者發(fā)生相間短路也能正常切斷輸入電源，但是在輸入電源或試驗裝置發(fā)生單相接地和人員發(fā)生觸電事故的時候，都不能正常動作分閘，造成了設備和人身的事故隱患。所以試驗裝置的輸入電源需要做一定的改進。
⑴要保證漏電保護器能夠被接入輸入電源的回路中，這就需要把中性線N與保護接地分開，把交流380V三相電源和中性線N都從漏電保護器下樁頭接入到VPSF變頻試驗裝置的電源側(cè)，使整個220V單相回路不通過大地構(gòu)成環(huán)流。這里還需要說明的就是中性線N相也必須保持和其他三相380V電源同等的對地絕緣水平，這是因為如果回路發(fā)生單相接地，根據(jù)變壓器繞組Y型接法，其接地相的電壓為零，其他兩相的電壓升為線電壓，此時中性點會發(fā)生漂移，中性線N對地就會產(chǎn)生一定的電壓，故中性線N也必須具備一定的絕緣。
⑵由于電源回路的中性線N與試驗裝置操作箱絕緣了，如果在試驗過程中高壓回路發(fā)生擊穿，高電壓串入到低壓回路中，就會使試驗裝置外殼帶電，危及試驗人員的生命安全，所以還需要在試驗裝置操作箱外殼上安裝直接接地點，把保護接地線直接接在這個接地點上。同時為了保持操作箱內(nèi)的電位穩(wěn)定和和保護電子元器件的安全，還必須將試驗裝置操作箱內(nèi)部的接地點統(tǒng)一引到操作箱外殼上的接地點上接地。
通過以上的兩點對VPSF變頻試驗裝置的電源改進，使試驗裝置既能在正常的情況下安全的使用，也能在發(fā)生單相接地事故、相間短路事故等事故中可靠的切斷電源。保證了工作人員的生命安全和設備的安全。
參考文獻:
[1] 蔡翊濤。變頻串聯(lián)諧振試驗方法的應用。《變壓器》2005年第10期。
變頻電源范文第3篇
風機、水泵等領域中交流電機傳動的應用越來越廣泛。常見的是鼠籠異步電動機
或繞線異步電動機，異步電動機傳動需要調(diào)速，而變頻調(diào)速是最理想的。傳統(tǒng)的
變頻調(diào)速系統(tǒng)中變頻器容量與交流機容量相當或稍大，因此系統(tǒng)復雜而且投資
大，對電網(wǎng)諧波污染也大。無刷雙饋電機是一種結(jié)構(gòu)簡單、堅固可靠、異同步通
用的電機，可在無刷情況下實現(xiàn)雙饋。它具有功率因數(shù)可調(diào)、高效率的特點，可
應用于調(diào)速系統(tǒng)和變速恒頻恒壓發(fā)電系統(tǒng)中。本文以籠型轉(zhuǎn)子型式的無刷雙饋電
機為對象，對無刷雙饋電機的運行原理、控制電路設計和控制方法等方面進行了
深入的研究。
關鍵詞：無刷雙饋電機控制電路變頻
1 概述
在電氣傳動的發(fā)展過程中，根據(jù)在完成電能－機械能的轉(zhuǎn)換過程中所用的執(zhí)行部件－直流電動機或交流電動機的不同，通常將其分為直流電氣傳動和交流電氣傳動兩大類[1]。
20世紀以來，在需要可逆、可調(diào)速與高性能的電氣傳動領域中，由于直流電動機與交流電動機相比較，它在技術上更容易滿足生產(chǎn)中對電氣傳動在啟動、制動、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)特性和動態(tài)響應方面的高要求，所以直流電氣傳動系統(tǒng)在相當長的時間內(nèi)占據(jù)統(tǒng)治地位。
但直流電機通過金屬換向器換流，存在自身機械和電氣方面的弱點，維護量大，且存在環(huán)流火花，在安全性能要求高的應用場合不能使用。隨著電力電子技術和自動控制技術的迅速發(fā)展以及各種高性能電力電子元器件產(chǎn)品的出現(xiàn)，阻礙交流電動機迅速發(fā)展的一些因素相繼被克服，在原直流電動機領先的一些性能上，如寬廣的調(diào)速范圍、較高的穩(wěn)速精度、快速的動態(tài)響應和四象限運行等方面，交流電動機都能與直流電動機相媲美。又由于交流電動機本身具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、經(jīng)濟可靠和慣性小等優(yōu)點，可適用于直流電動機無法比擬的場合。因此，交流電動機在電氣傳動領域中占有越來越重要的地位，并己發(fā)展成機電一體化的電氣傳動技術。
在交流電動機中，籠型轉(zhuǎn)子感應電機以其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉和運行可靠等眾多優(yōu)勢在交流調(diào)速系統(tǒng)中得到了普遍使用。然而，由于籠型電機所需的變頻驅(qū)動裝置的容量要大于電機的額定功率，其價格是電機價格的二到三倍，特別是高壓變頻裝置，價格更是電機的十幾倍，因此限制了其在大容量范圍內(nèi)的推廣應用。而同時通過對另一種繞線轉(zhuǎn)子感應電機的研究，了解到它控制的是具有轉(zhuǎn)差頻率的轉(zhuǎn)子電流，其功率僅為定制繞組輸入功率的幾分之一，在風機泵類負載中由于其調(diào)速范圍通常只在70％－80％的額定功率之間[2]，因此，這種驅(qū)動系統(tǒng)只需要一個很小的功率轉(zhuǎn)換器。但是由于電機本身是有刷結(jié)構(gòu)，運行可靠性差，需要經(jīng)常維護，特別是有些易燃易爆的應用場合不能使用。
那么，能不能找到一種新的方法，使調(diào)速系統(tǒng)既具有同步電動機調(diào)速系統(tǒng)功率因數(shù)可調(diào)的優(yōu)點，又具有籠型異步電動機調(diào)速系統(tǒng)需要較少的維護的，并且控制簡單的特點呢?為了解決這個技術難題，近幾年來，許多國內(nèi)外學者將目光投向無刷雙饋電機(簡稱BDFM)。這種電機不僅具有籠型轉(zhuǎn)子的簡單結(jié)構(gòu)，而且具有繞線式轉(zhuǎn)子異步電機和同步電機的優(yōu)良特性；既可同步又可異步運行，既可作為交流調(diào)速電機，又可作為變速恒頻發(fā)電機，可以在無刷的情況下實現(xiàn)雙饋電。無刷雙饋電機在運行時所要求的變頻器容量小，降低了系統(tǒng)的成本。作為發(fā)電機可實現(xiàn)變頻恒速發(fā)電，特別適用于風力發(fā)電、變落差水力發(fā)電、潮汐發(fā)電等可再生能源的開發(fā)、利用，因此無刷雙饋電機的應用越來越受注目，作為一種新型電機的研究也正在獲得不斷發(fā)展。
2 無刷雙饋電機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
無刷雙饋電機是在20世紀初Hunt提出的自級聯(lián)感應電機的基礎上發(fā)展起來，后來的Creedy,特別是到了70年代Brodway等人在Hunt發(fā)明的電機結(jié)構(gòu)基礎上進行了較大改進，研究了實用的定轉(zhuǎn)子繞組，簡化了電機結(jié)構(gòu)，拓寬了電機的應用范圍，使該類電機具有同步電機的運行特性[3]。在近二十幾年的時間中，美國Wisconsin大學、Ohio州立大學、Oregon州立大學等高等學校和科研機構(gòu)對無刷雙饋電機進行了較為系統(tǒng)和深入的研究。英國、日本和澳大利亞等國也在對該種電機進行研究。近年來，在英美等國，基本形成兩大流派；其一是以A. Wallace教授和R. Spee教授為首的美國Oregon州立大學以及以Williamson教授為首的英國劍橋大學，他們重點研究籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷雙饋電機(BDFM)；另一流派是以T. A. Lipo教授為首的Wisconsin大學和以L. Xu教授為首的Ohin州立大學，他們重點研究磁阻轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的雙勵磁磁阻電機[4]。他們對無刷雙饋電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)各持己見，對兩種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷雙饋電機的分析方法有所差異，并且形成了兩套不同的分析研究體系。
在無刷雙饋電機的性能仿真研究領域，國內(nèi)外學者做了許多工作。分別建立了同步和雙饋運行的無刷雙饋電機在d-q-0坐標系統(tǒng)中的數(shù)學模型和通用數(shù)學模型，并進行了仿真研究。可以看出，現(xiàn)有的無刷雙饋電機的數(shù)學模型大多建立在d-q-0坐標系基礎之上，雖然參數(shù)計算簡單一些，但模型中的電壓電流等狀態(tài)變量與電機繞組中的實際電壓電流不同，計算值需要通過坐標變換方可與測試值相比較，另外，其電壓電流變量也不能與變頻器電壓電流變量直接耦合，給無刷雙饋電機調(diào)速系統(tǒng)的仿真研究帶來一定的困難。因而，上述數(shù)學模型不夠直觀，使用起來也不夠方便。國內(nèi)外學者研究給出的不同轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)無刷雙饋電機的數(shù)學模型，不僅形式各異，而且在仿真研究中大多忽略了電感參數(shù)脈動和諧波的影響，因此缺乏準確性。
雖然近二十年來，國內(nèi)外許多學者對無刷雙饋電機進行了分析的研究，取得了一些成果并發(fā)表了許多相關的論文，他們對該種電機的運行原理、分析方法和分析手段以及特性仿真等方而做了許多研究工作。但是無刷雙饋電機的研制水平卻略顯滯后。就所查閱的有關文獻來看，到目前為止，以美國 Orgon 州立大學Wallace教授為首的研究小組公布了一臺5hp籠型轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機樣機的試驗結(jié)果，并將一臺45KW的實用樣機應用于某廢水處理廠。國內(nèi)尚未見到無刷雙饋電機樣機的實驗數(shù)據(jù)的有關報道和文獻。因此，研制較大功率的無刷雙饋電機的實驗樣機，并從理論和實驗兩方而來進行對比研究，對于推動該種電機的發(fā)展具有重要意義。 在國內(nèi)對無刷雙饋電機研究總體起步較晚，90年代以來，國內(nèi)一些高等院校和科研機構(gòu)對該種電機進行了研究，取得了一些成果，但總的來說，國內(nèi)對無刷雙饋電機的研究尚處于基礎研究階段，還未推廣應用到實際生產(chǎn)中，因此，對該種電機的研究開發(fā)還有許多的工作要做。
3 無刷雙饋電機的工作原理及特點
無刷雙饋調(diào)速電機工作原理：定子繞組由2套極對數(shù)不等（）的三相對稱繞組構(gòu)成，分別稱為功率繞組和控制繞組。它們可以是彼此獨立的2套繞組組成，也可由1套三相繞組通過變極聯(lián)結(jié)獲得兩種不同極數(shù)的三相對稱繞組。
當功率繞組接入工頻（）電源、控制繞組接入變頻（）電源后(一般情況下)，由于兩套定子繞組同時有電流流過，因此在氣隙中產(chǎn)生兩個不同極對數(shù)的磁場，這兩個磁場通過轉(zhuǎn)子的調(diào)制發(fā)生交叉耦合，構(gòu)成了實現(xiàn)能量傳遞轉(zhuǎn)換的基礎。
可見無刷雙饋電機可通過改變與控制繞組相連的變頻器的輸出來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，能夠?qū)崿F(xiàn)無刷雙饋電機的無級調(diào)速，其調(diào)速的范圍與功率繞組和控制繞組的極對數(shù)及電源的輸出頻率有關。
與傳統(tǒng)的交流電機相比，無刷雙饋電機具有以下特點：
通過變頻器的功率僅為電動機總功率的一小部分，可以大大降低變頻器的容量，從而降低了調(diào)速系統(tǒng)的成本；
由于變頻器容量的減少，使得因變頻器中的開關元件而產(chǎn)生的諧波減少，從而有益于電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟運行，也有利于電機的運行；
功率因數(shù)可調(diào)，可以提高調(diào)速系統(tǒng)的力能指標；
與有刷雙饋和串調(diào)系統(tǒng)相比，取消了電刷和滑環(huán)，提高了系統(tǒng)運行的可靠性；
即使在變頻器發(fā)生故障的情況下，電動機仍然可以運行于感應電動機狀態(tài)下；
電機的運行轉(zhuǎn)速僅與功率繞組和控制繞組的頻率及其相序有關，而與負載轉(zhuǎn)矩無關，因此電機具有硬的機械特性；
可方便的實現(xiàn)多種運行方式。通過改變定子控制繞組的供電方式，同一臺電機既可作同步電機使用，也可作異步電機使用。
無刷雙饋電機作為交流勵磁發(fā)電機，可以實現(xiàn)變速恒頻恒壓運行，特別適合于多極低速水力或風力發(fā)電系統(tǒng)。在對無刷雙饋電機的研究取得重大進展和突破之后，將其用于抽水蓄能電站機組以取代繞線式感應電機，從而提高電機的運行可靠性，也是無刷雙饋電機一個很有發(fā)展前景的應用領域。對該種電機的研究和開發(fā)可望有效解決制約傳統(tǒng)交流電機及其調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展的某些關鍵技術問題，以及水力、風力發(fā)電系統(tǒng)的恒頻變速問題。
4無刷雙饋電機的控制策略的探討
交流電氣傳動系統(tǒng)有兩種比較成熟的控制方法:矢量控制(VC)和直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)。矢量控制是德國的研究人員在二十多年前提出的，現(xiàn)在己經(jīng)比較成熟，并已廣泛應用，很多生產(chǎn)廠商都推出了他們的矢量控制交流傳動產(chǎn)品，最近又大量推出了無速度傳感器的矢量控制產(chǎn)品。盡管在高性能驅(qū)動產(chǎn)品中使用AI技術會極大地提高產(chǎn)品的性能，可是到目前為止只有兩個廠家在他們的產(chǎn)品中使用了人工智能(AI)控制器；直接轉(zhuǎn)矩控制是大約在十五年前由德國和日本的研究人員提出的，在過去十年中得到大量的研究，現(xiàn)在ABB公司已向市場推出了直接轉(zhuǎn)矩控制的傳動產(chǎn)品，使得人們對直接轉(zhuǎn)矩控制的研究興趣增加，將來在直接轉(zhuǎn)矩控制中將會用到人工智能技術，并將完全地不需要常規(guī)的電機數(shù)學模型了。但是這兩種相對成熟的控制方法以及最近出現(xiàn)的瞬時功率控制方法一般運用于普通的感應電機，對新型、特殊電機的運用實例還很少見。
由于對無刷雙饋電機的理論研究的不成熟和電力電子技術和器件的限制，早期的無刷雙饋電機都只是對電機本體進行研究，很少涉及到電機的閉環(huán)控制。70年代Hunt發(fā)明的電機，也沒有涉及到電機的速度和功率因數(shù)的控制，僅對無刷雙饋電機的開環(huán)性能進行了研究。
80年代末90年代初，無刷雙饋電機動態(tài)數(shù)學模型和兩軸數(shù)學模型的建立，為無刷雙饋電機的動態(tài)仿真和控制性能的優(yōu)化提供了堅實的基礎。各種控制方法被應用于無刷雙饋電機，如標量控制、磁場定向控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、模型參數(shù)自適應控制等等。而電力電子器件和微處理器的發(fā)展，如IGBT, 80C196,DSP等，又進一步促進了無刷雙饋電機的發(fā)展。目前，國外都在研究及開發(fā)無刷雙饋電機調(diào)速系統(tǒng)，在美國、德國、俄羅斯等國已有成功經(jīng)驗，效果很好，并已在工業(yè)電力傳動和恒頻恒壓發(fā)電領域應用。如前蘇聯(lián)系列化生產(chǎn)315 - 2000Kw的雙饋電機調(diào)速系統(tǒng)；日立公司在90年代初研制容量高達 395Kw的雙饋發(fā)電機系統(tǒng)，并已在抽水蓄能電站投入使用；西門子公司生產(chǎn)了500～5000Kw系列恒頻恒壓雙饋發(fā)電機系統(tǒng)。
隨著智能控制技術的成熟，以及實現(xiàn)智能控制的器件的進一步發(fā)展，智能控制技術運用于電氣傳動的趨勢越來越明顯。將智能控制技術運用于電機控制系統(tǒng)是電機控制系統(tǒng)發(fā)展的方向。目前，國內(nèi)外學者對這一新技術正進行著廣泛深入的研究，但是將智能控制技術應用于無刷雙饋電機的科研文獻幾乎沒有。無刷雙饋電機盡管有其獨特的優(yōu)點(如總成本較低、功率因數(shù)可調(diào)、在變頻器發(fā)生故障時電動機仍可運行于感應電動機狀態(tài)等等)，但也有一些其特有的問題(如諧波較大、控制方法比較復雜等)。如何將比較成熟的智能控制技術運用于無刷雙饋電機上，充分發(fā)揮無刷雙饋電機的優(yōu)勢，盡量避免其固有的弱點，是無刷雙饋電機進一步研究的重點，也是無刷雙饋電機調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展方向。
無刷雙饋電機在雙饋運行模式下的調(diào)速原理在緒論無刷雙饋電機的原理中己有介紹，穩(wěn)態(tài)時其轉(zhuǎn)速表達式為:
（5-1）
由式（5-1）描述的轉(zhuǎn)速和頻率關系可以清楚的看出，BDFM在這種運行模式下轉(zhuǎn)速與頻率、極對數(shù)的關系呈同步電機特征，即在理想狀態(tài)，、和確定的情況下，可以認為給定一個控制繞組電源的輸入頻率，就對應有一個電機轉(zhuǎn)速n。若在-50Hz到+50Hz范圍內(nèi)變化，則轉(zhuǎn)速n應在全速范圍內(nèi)跟隨變化，從而使得電機有一個寬廣的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍。
以下是對無刷雙饋電機開環(huán)運行的問題和各種控制策略的分析[5][6]。
無刷雙饋電機的開環(huán)運行的效果都不是很好，主要存在著以下的幾個問題:
諧波含量大。因為無刷雙饋電機是通過改變變頻器的電壓和頻率來進行調(diào)速的，電機的電流等參數(shù)的諧波含量大，特別是在電機的運行狀態(tài)改變的瞬間電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速波動較大。
電機的損耗大，因為變頻器輸出的電流存在豐富的諧波分量，所以無刷雙饋電機的損耗就比一般的異步電機要大。
單饋運行時存在著“轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩”點，在此轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩附近電機的特性性質(zhì)不一樣。當負載轉(zhuǎn)矩小于“轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩”，電機相當于極普通異步電機；當負載轉(zhuǎn)矩大于“轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩”時電機就相當于極普通的異步電機。實際應用中，如果電機的負載轉(zhuǎn)矩恰好在這個轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩附近變動，則電機運行不穩(wěn)定，易造成事故。
開環(huán)運行，不能有效地發(fā)揮無刷雙饋電機的優(yōu)勢。無刷雙饋電機通過適當?shù)卣{(diào)節(jié)變頻器輸出壓頻比和功率繞組或控制繞組電壓的相位差來調(diào)節(jié)輸入電機的無功分量來調(diào)節(jié)功率繞組的功率因數(shù)。開環(huán)運行于一定的功率因數(shù)時，所對應的變頻器的電壓和相位差計算量大，實際逐步可能得到精確的結(jié)果，因此不能有效地控制電機的功率因數(shù)。
無刷雙饋電機的結(jié)構(gòu)復雜，發(fā)熱量較普通異步電機大。電機的參數(shù)如電阻等易受外界的影響而改變，參數(shù)的變化和測定的正確與否直接影響控制的成功實現(xiàn)。
5結(jié)論與展望
無刷雙饋電機是在級聯(lián)電機的基礎上，結(jié)合電機設計技術和控制策略實現(xiàn)的一種新型電機。它具有簡單牢固的無刷電機結(jié)構(gòu)、可調(diào)節(jié)的功率因數(shù)、可回饋使用的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差功率、小容量的調(diào)速控制裝置以及多種運行模式等特點，在變頻調(diào)速和變速恒頻發(fā)電領域具有重大研究價值和實際應用意義，得到國內(nèi)外研究者的日益重視。
本文在參考許多資料的基礎上，通過對無刷雙饋電機的特點的了解，從而對無刷雙饋電機的控制策略進行了研究，并對其控制系統(tǒng)進行了硬件上的設計和分析。具體一些工作內(nèi)容大致如下：
對于無刷雙饋電機有了一個明確的概念，分析和研究了無刷雙饋電機結(jié)構(gòu)特點及工作原理，了解了無刷雙饋電機的運行特性，并對其閉環(huán)控制策略進行了研究。
對無刷雙饋電機用的交流變頻電源從理論上進行了詳細的分析，主要工作是對其主電路的硬件電路、控制電路進行了透徹的分析、研究和設計。
變頻電源范文第4篇
關鍵詞：變頻器 過電壓故障 原因 對策
一、變頻器過電壓的危害
變頻器過電壓主要是指其中間直流回路過電壓，中間直流回路過電壓主要危害在于：（1）引起電動機磁路飽和。對于電動機來說，電壓主過高必然使電機鐵芯磁通增加，可能導致磁路飽和，勵磁電流過大，從面引起電機溫升過高；（2）損害電動機絕緣。中間直流回路電壓升高后，變頻器輸出電壓的脈沖幅度過大，對電機絕緣壽命有很大的影響；（3）對中間直流回路濾波電容器壽命有直接影響，嚴重時會引起電容器爆裂。因而變頻器廠家一般將中間直流回路過電壓值限定在DC800V左右，一旦其電壓超過限定值，變頻器將按限定要求跳閘保護。
二、產(chǎn)生變頻器過電壓的原因
1.過電壓的原因
一般能引起中間直流回路過電壓的原因主要來自以下兩個方面：
（1）來自電源輸入側(cè)的過電壓
通常情況下的電源電壓為380V,允許誤差為-5%-+10%,經(jīng)三相橋式全波整流后中間直流的峰值為591V,個別情況下電源線電壓達到450V,其峰值電壓也只有636V,并不算很高，一般電源電壓不會使變頻器因過電壓跳閘。電源輸入側(cè)的過電壓主要是指電源側(cè)的沖擊過電壓，如雷電引起的過電壓、補償電容在合閘或斷開時形成的過電壓等，主要特點是電壓變化率dv/dt和幅值都很大。
（2）來自負載側(cè)的過電壓
主要是指由于某種原因使電動機處于再生發(fā)電狀態(tài)時，即電機處于實際轉(zhuǎn)速比變頻頻率決定的同步轉(zhuǎn)速高的狀態(tài)，負載的傳動系統(tǒng)中所儲存的機械能經(jīng)電動機轉(zhuǎn)換成電能，通過逆變器的6個續(xù)流二極管回饋到變頻器的中間直流回路中。此時的逆變器處于整流狀態(tài)，如果變頻器中沒采取消耗這些能量的措施，這些能量將會導致中間直流回路的電容器的電壓上升。達到限值即行跳閘。
2.從變頻器負載側(cè)可能引起過電壓的情況及主要原因
從變頻器負載側(cè)可能引起過電壓的情況及主要原因如下：
（1）變頻器減速時間參數(shù)設定相對較小及未使用變頻器減速過電壓自處理功能。當變頻器拖動大慣性負載時，其減速時間設定的比較小，在減速過程中，變頻器輸出頻率下降的速度比較快，而負載慣性比較大，靠本身阻力減速比較慢，使負載拖動電動機的轉(zhuǎn)速比變頻器輸出的頻率所對應的轉(zhuǎn)速還要高，電動機處于發(fā)電狀態(tài)，而變頻器沒有能量處理單元或其作用有限，因而導致變頻器中間直流回路電壓升高，超出保護值，就會出現(xiàn)過電壓跳閘故障。
大多數(shù)變頻器為了避免跳閘，專門設置了減速過電壓的自處理功能，如果在減速過程中，直流電壓超過了設定的電壓上限值，變頻器的輸出頻率將不再下降，暫緩減速，待直流電壓下降到設定值以下后再繼續(xù)減速。如果減速時間設定不合適，又沒有利用減速過電壓的自處理功能，就可能出現(xiàn)此類故障。
（2）工藝要求在限定時間內(nèi)減速至規(guī)定頻率或停止運行。工藝流程限定了負載的減速時間，合理設定相關參數(shù)也不能減緩這一故障，系統(tǒng)也沒有采取處理多余能量的措施，必然會引發(fā)過壓跳閘故障。
（3）當電動機所傳動的位能負載下放時，電動機將處于再生發(fā)電制動狀態(tài)。位能負載下降過快，過多回饋能量超過中間直流回路及其能量處理單元的承受能力，過電壓故障也會發(fā)生。
（4）變頻器負載突降。變頻器負載突降會使負載的轉(zhuǎn)速明顯上升，使負載電機進入再生發(fā)電狀態(tài)，從負載側(cè)向變頻器中間直流回路回饋能量，短時間內(nèi)能量的集中回饋，可能會中間直流回路及其能量處理單元的承受能力引發(fā)過電壓故障。
（5）多個電機拖動同一個負載時，也可能出現(xiàn)這一故障，主要由于沒有負荷分配引起的。以兩臺電動機拖動一個負載為例，當一臺電動機的實際轉(zhuǎn)速大于另一臺電動機的同步轉(zhuǎn)速時，則轉(zhuǎn)速高的電動機相當于原動機，轉(zhuǎn)速低的處于發(fā)電狀態(tài)，引起了過電壓故障。處理時需加負荷分配控制。可以把變頻器輸出特性曲線調(diào)節(jié)的軟一些。
（6）變頻器中間直流回路電容容量下降
變頻器在運行多年后，中間直流回路電容容量下降將不可避免，中間直流回路對直流電壓的調(diào)節(jié)程度減弱，在工藝狀況和設定參數(shù)未曾改變的情況下，發(fā)生變頻器過電壓跳閘幾率會增大，這時需要對中間直流回路電容器容量下降情況進行檢查。
三、過電壓故障處理對策
對于過電壓故障的處理，關鍵一是中間直流回路多余能量如何及時處理；二是如何避免或減少多余能量向中間直流回路饋送，使其過電壓的程度限定在允許的限值之內(nèi)。下面是主要的對策。
1.在電源輸入側(cè)增加吸收裝置，減少過電壓因素
對于電源輸入側(cè)有沖擊過電壓、雷電引起的過電壓、補償電容在合閘或斷開時形成的過電壓可能發(fā)生的情況下，可以采用在輸入側(cè)并聯(lián)浪涌吸收裝置或串聯(lián)電抗器等方法加以解決。
2.從變頻器已設定的參數(shù)中尋找解決辦法
在變頻器可設定的參數(shù)中主要有兩點：是減速時間參數(shù)和變頻器減速過電壓自處理功能。在工藝流程中如不限定負載減速時間時，變頻器減速時間參數(shù)的設定不要太短，而使得負載動能釋放的太快，該參數(shù)的設定要以不引起中間回路過電壓為限，特別要注意負載慣性較大時該參數(shù)的設定。如果工藝流程對負載減速時間有限制，而在限定時間內(nèi)變頻器出現(xiàn)過電壓跳閘現(xiàn)象，就要設定變頻器失速自整定功能或先設定變頻器不過壓情況下可減至的頻率值，暫緩后減速至零，減緩頻率減少的速度。
3.通過控制系統(tǒng)功能優(yōu)勢解決變頻器過電壓問題
在很多工藝流程中，變頻器的減速和負載的突降是受控制系統(tǒng)支配的，可以利用控制系統(tǒng)的一些功能，在變頻器的減速和負載的突降前進行控制，減少過多的能量饋入變頻器中間直流回路。如對于規(guī)律性減速過電壓故障，可將變頻器輸入側(cè)的不可控整流橋換成半可控或全控整流橋，在減速前將中間直流電壓控制在允許的較低值，相對加大中間直流回路承受饋入能量的能力，避免產(chǎn)生過電壓故障。而對于規(guī)律性負載突降過電壓故障，可利用控制系統(tǒng)如SIEMENS的PLC系統(tǒng)的控制功能，在負載突降前，將變頻器的頻率作適當提升，減少負載側(cè)過多的能量饋入中間直流回路，以減少其引起的過電壓故障。
4.采用增加泄放電阻的方法
一般小于7.5kW的變頻器在出廠時內(nèi)部中間直流回路均裝有控制單元和泄放電阻，大于7.5kW的變頻器需根據(jù)實際情況外加控制單元和泄放電阻，為中間直流回路多余能量釋放提供通道，是一種常用的泄放能量的方法。其不足之處是能耗高，可能出現(xiàn)頻繁投切或長時間投運，致使電阻溫度升高、設備損壞。
5.在輸入側(cè)增加逆變電路的方法
處理變頻器中間直流回路能量最好的方法就是在輸入側(cè)增加逆變電路，可以將多余的能量回饋給電網(wǎng)。但逆變橋價格昂貴，技術要求復雜，不是較經(jīng)濟的方法。這樣在實際中就限制了它的應用，只有在較高級的場合才使用。
6.采用在中間直流回路上增加適當電容的方法中間直流回路電容對其電壓穩(wěn)定、提高回路承受過電壓的能力起著非常重要的作用。適當增大回路的電容量或及時更換運行時間過長且容量下降的電容器是解決變頻器過電壓的有效方法。這里還包括在設計階段選用較大容量的變頻器的方法，是以增大變頻器容量的方法來換取過電壓能力的提高。
7.在條件允許的情況下適當降低工頻電源電壓
目前變頻器電源側(cè)一般采用不可控整流橋，電源電壓高，中間直流回路電壓也高，電源電壓為380V、400V、450V時，直流回路電壓分別為537V、565V、636V.有的變頻器距離變壓器很近，變頻器輸入電壓高達400V以上，對變頻器中間直流回路承受過電壓能力影響很大，在這種情況下，如果條件允許可以將變壓器的分接開關放置在低壓檔，通過適當降低電源電壓的方式，達到相對提高變頻器過電壓能力的目的。
8.多臺變頻器共用直流母線的方法
變頻電源范文第5篇
關鍵詞:起重機；變頻調(diào)速；控制原理
中圖分類號： TH2 文獻標識碼： A
引言
起重機作為一種重要的起重運輸機械，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。對于起重機起升機構(gòu)的控制，往往要求從控制精度、速度以及防擺等方面進行綜合考慮。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和啟、制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)能效果，廣泛的適用范圍及其他許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式，是當今節(jié)能、改善工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量、推動技術進步的一種主要手段。變頻調(diào)速系統(tǒng)在起重機上的應用有著廣闊的前景。
1、變頻調(diào)速在起重機中的應用
變頻器變頻的控制主要現(xiàn)有恒壓/頻比、磁通矢量和直接轉(zhuǎn)矩(DTC)三種，在起重機變頻調(diào)速電控系統(tǒng)中，起升機構(gòu)通常選用高性能磁通矢量控制開環(huán)或閉環(huán)變頻調(diào)速力一案，平移機構(gòu)通常選用壓/頻比協(xié)調(diào)控制的開環(huán)或閉環(huán)變頻調(diào)速力一案。變頻調(diào)速電控設備由核心部件變頻器和它的可選件如電源進線開關、線路接觸器、輔助開關、輔助繼電器等組成。
2、變頻調(diào)速在起重機中的應用
起重機變頻調(diào)速一般用在起升、大小車運行、回轉(zhuǎn)、變幅、抓斗開閉等機構(gòu)中，由變頻電機、變頻器、控制器件及線路保護開關等組成。為了防止變頻器對外界的干擾和提高電機控制的精度，加入變頻器制動單元、制動電阻以及濾波器等。還在起升機構(gòu)的變頻電機內(nèi)配備有光電旋轉(zhuǎn)編碼器，以提高調(diào)速精度和響應速度。同時控制器件采用PLC與繼電器相結(jié)合，提高控制系統(tǒng)可靠性。
起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)由主令控制器或電位器作為輸入給定，通過變頻調(diào)頻調(diào)速電控設備、荷重測控儀、限位開關、制動器等配合使用，控制起重機起升和平移機構(gòu)的交流變頻異步電動機起制動、順逆運轉(zhuǎn)與速度調(diào)節(jié)。可實現(xiàn)零速抱閘，對制動器無磨損;任意低的就位速度，可用于精確吊裝;速度的平滑過渡，對機構(gòu)和結(jié)構(gòu)件無沖擊，提高運行安全性;極低的起動電流，減輕用戶電網(wǎng)擴容的負擔;較寬的調(diào)速范圍，可提高工作效率;節(jié)能的調(diào)速方式，減少系統(tǒng)運行能耗等要求。
2.1、變頻調(diào)速的缺點
起重機變頻調(diào)速的缺點主要體現(xiàn)在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的電磁兼容性的一面，即變頻調(diào)速系統(tǒng)易對機上其它電氣設備產(chǎn)生干擾也易受到外界干擾。變頻器的主電路一般為交一直一交組成，整流電路和逆變電路中主要使用半導體開關器件，其輸入輸出的電壓和電流中除了基波成分外還含有一定的高次諧波，會干擾供電系統(tǒng)、負載及其它鄰近的電氣設備，嚴重時會使電氣設備不能正常工作甚至誤動作，會降低起重機整機的可靠性，危及設備和人身安全。變頻調(diào)速系統(tǒng)電子元器件多，控制信號是弱電信號，容易受到外界干擾，引起變頻器及控制系統(tǒng)誤動作。
2.2、重視技術資料的收集整理運用
由于變頻調(diào)速起重機的技術含量較高，對于大多數(shù)鐵路裝卸部門來說，是一個全新的課題，因此必須十分重視技術資料的收集整理運用，如使用說明書，用戶手冊，操作培訓手冊，電氣原理圖，電氣布線圖等。經(jīng)常要記錄變頻器及電機的運行數(shù)據(jù)，包括變頻器輸出頻率，輸出電流，輸出電壓，變頻器內(nèi)部直流電壓，散熱器溫度等數(shù)，與合理數(shù)據(jù)對照比較，以利于早日發(fā)現(xiàn)故障隱患。
2.3、防溜鉤技術
即滿負載時在空中制動停車或再提升時不產(chǎn)生溜鉤現(xiàn)象。在重物開始升降或停止時要求制動器和電動機之間的動作必須緊密配合，因為制動器從抱緊到松開，以及從松開到抱緊的動作過程需要一定的時間，而電動機轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生或消失是在通電或斷電瞬間就立刻做出反應。變頻器具有零速全轉(zhuǎn)矩功能，可有效地防止溜鉤，其原理是變頻器在速度為0的狀態(tài)下，能保持電動機有足夠大的轉(zhuǎn)矩且不需要速度反饋，這就保證了當?shù)蹉^由升降狀態(tài)降速為0時電機能使重物在空中停止，直到電磁制動器將軸抱住為止，從而防止了溜鉤。
根據(jù)重物提升、輕載(或空鉤) 、重物下降運行特點的不同，提升電動機的機械特性分別在 4個象限運行。重物提升時，電動機產(chǎn)生正向電磁轉(zhuǎn)矩。電動機的旋轉(zhuǎn)方向與電磁轉(zhuǎn)矩方向相同，處于電動機狀態(tài)，其機械特性在第Ⅰ象限，如圖 1 中曲線①，減速時電機工作點在第Ⅱ象限的曲線②上，速度下降到位后再運行在第Ⅰ象限的曲線②上。輕載( 或空鉤) 下降時，電動機反向運行，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都是負的，故機械特性曲線在第Ⅲ象限，如圖1 中的曲線③，減速時電機工作點在第Ⅲ象限的曲線③上，速度下降到位后再運行在第Ⅲ象限的曲線④上。重載下降時，重物具有因自身的重力而下降的能力，從而使電動機的旋轉(zhuǎn)速度超過了同步轉(zhuǎn)速，而進入再生制動狀態(tài)電動機的旋轉(zhuǎn)方向是反轉(zhuǎn) (下降) 的，但其轉(zhuǎn)矩的方向卻與旋轉(zhuǎn)方向相反，是正向的，其機械特性如圖 1 中曲線⑤，工作點在第Ⅳ象限時，電動機的作用是防止重物由于重力加速度的原因而不斷加速，以達到使重物勻速下降的目的。在這種情況下，摩擦轉(zhuǎn)矩將阻礙重物下降，故重物在下降時構(gòu)成的負載轉(zhuǎn)矩比上升時小。
圖1 提升變頻器四象限運行特性圖
主起提升裝置的溜鉤現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在電動機運行狀態(tài)之間的切換點上以及變頻器的硬件故障中。
2.4、再生制動能量處理技術
即電機減速或重載下放時再生制動能量必須迅速釋放。對再生制動能量的處理有2種方式:一種是用制動單元和制動電阻來吸收;另一種是通過在直流側(cè)設置公共母線的逆變橋使之回饋到電網(wǎng)。采用能耗電阻的方式，在制動單元和制動電阻的選擇上應考慮到起升機構(gòu)屬位能性負載特性，不能使用制造廠商推薦的制動單元和制動電阻的容量，必須增大制動單元和制動電阻的容量，電阻的阻值決定著制動電流，也就決定著制動時間的長短。起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)中長時間的制動轉(zhuǎn)矩特性決定需要考慮的并不是它的阻值，而是它的功率，即在設計中把制動電阻的功率增加一倍，以保證再生制動能量的迅速釋放。
2.5、變頻再起升中應用
變頻調(diào)速系統(tǒng)的功能參數(shù)設定完后,就可進行系統(tǒng)試運行。應先在變頻器操作盤上進行速度給定,手動起動變頻器,讓起升電動機空載運轉(zhuǎn)一段時間,并且這種試運行可以在5,10,15,20,25,35,50Hz等幾個頻率點進行,注意觀察電動機的運轉(zhuǎn)方向是否正確,轉(zhuǎn)速是否平穩(wěn),顯示數(shù)據(jù)是否正確,溫升是否正常,加減速是否平滑等。單臺變頻器試運行正確后,再接入脈沖編碼器模塊進行速度閉環(huán)調(diào)試,試運行起升機構(gòu)變頻調(diào)速系統(tǒng)。
起升變頻器手動運行無誤后,就可接入PLC控制系統(tǒng),進行整機聯(lián)調(diào)。整機聯(lián)調(diào)中,關鍵要注意觀察變頻器起動與停止時,主起升機械制動器的開閉反應是否快速,鉤頭是否存在溜鉤現(xiàn)象等。其次還要注意觀察鉤頭在下降過程中,制動單元和制動電阻投運后,其溫升是否正常。在重物下放過程中,重物的勢能會釋放出來,此時電動機將工作在反向發(fā)電狀態(tài)。在鉤頭下降過程中,電動機通過逆變橋向變頻器中間直流回路充電,當直流回路的電壓高于變頻器系統(tǒng)設定值時,變頻器控制斬波器接通,進而使制動電阻投入工作,以消耗變頻器中間直流回路多余的電能,確保變頻器中間直流回路電壓穩(wěn)定在一個特定電壓范圍內(nèi)。
2.6、做好變頻器保養(yǎng)工作
保養(yǎng)時，務必切斷電源，電源切斷后，不能立即接觸端子，否則有觸電危險。每臺變頻器每季度要清灰保養(yǎng)1次。保養(yǎng)要清除變頻器內(nèi)部和風路內(nèi)的積灰，臟物，將變頻器表面擦拭干凈;變頻器的表面要保持清潔光亮;在保養(yǎng)的同時要仔細檢查變頻器，查看變頻器內(nèi)有無發(fā)熱變色部位，電阻有無開裂現(xiàn)象，電解電容有無膨脹誦液防爆孔突出等現(xiàn)象，有沒有發(fā)熱燒黃部位。要定時清掃電路板及散熱器上的塵埃，否則當停機幾天后，粘在電路板上的塵埃返潮，當再次送電后變頻器電路板就最容易打火而損壞。注意檢查更換風扇，當風扇有響聲就要及時更換。注意檢查防雷裝置，防治變頻器被雷擊，導致?lián)p失加重。要了解周邊地區(qū)變頻器維修是否方便.有無維修服務及配件中心，并和其建立業(yè)務聯(lián)系。
3、結(jié)語
隨著電力電子技術和控制理論的高速發(fā)展，交流電機變頻調(diào)速技術取得了突破性的進展。在我國，對能源的有效利用已經(jīng)非常迫切。作為能源消耗大戶之一的電機在節(jié)能方面是大有潛力可挖的。起重機的控制策略從經(jīng)典控制到現(xiàn)代控制，又發(fā)展到智能控制，起重機的防沖擊等性能得到了有效提高。未來的控制策略有一定的有效性，能夠適應起升鋼絲繩長度的變化和載荷質(zhì)量大范圍的變化。
參考文獻
[1]鄧肖粵,汪雄海.橋式起重機變頻調(diào)速及PLC控制的設計[J].機電工程,2006,09:25-27.
