三墾變頻器性能研究和應用

1、<p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　1.1 選題的目的及研究意義</p><p>　　電氣傳動技術(shù)是以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu)，以電子裝置為核心，以電動機為控制對 象，在自動控制理論的指導下完成對電氣傳動自動控制系統(tǒng)的設計，控制電動機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，從 而將電能轉(zhuǎn)化成機械能，實現(xiàn)工作機械的往復運動或者是旋轉(zhuǎn)運動。</p&g

2、t;<p>　　根據(jù)電動機種類的不同，電氣傳動可以分成直流電動機傳動和交流電動機傳動兩大類。自 19</p><p>　　世紀 80 年代開始，直流電動機一直壟斷工業(yè)上傳動用的電動機。直到 19 世紀末期，出現(xiàn)了結(jié)構(gòu) 簡單且堅固耐用的交流鼠籠型電動機和三相電源后，直流電動機傳動裝置才在不調(diào)速的領域里被交 流電動機替代了。隨著生產(chǎn)的快速發(fā)展，速度可調(diào)節(jié)逐漸成為了電動裝置的一項基本要求。而且， 除了要滿

3、足一定的調(diào)速范圍外，還必須要具有持續(xù)的穩(wěn)定性和良好的瞬態(tài)性能。從 20 世紀 50 年 代開始，國外逐漸重視到了交流電動機調(diào)速的重要性。隨著電力電子技術(shù)的出現(xiàn)以及發(fā)展，采用半 導體的變流調(diào)速系統(tǒng)逐漸成為了現(xiàn)實。尤其是自 70 年代以來，大規(guī)模集成電路和計算機控制技術(shù) 的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應用，為交流電機拖動控制系統(tǒng)提供了更加有利的發(fā)展條件，從而產(chǎn) 生了各種類型的交流電動機調(diào)速系統(tǒng)，如串級調(diào)速系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、無換向器電動機調(diào)速系

4、統(tǒng) 以及矢量控制調(diào)速系統(tǒng)等。目前，交流調(diào)速技術(shù)在工業(yè)發(fā)達的國家已經(jīng)得到了廣泛的應用。</p><p>　　變頻調(diào)速系統(tǒng)具有高效率，寬范圍，以及高精度等特點，是目前市場上運用最廣、最有發(fā)展前 景的一種調(diào)速方式。交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的種類比較多。從上世紀 50 年代提出的電壓源型變 頻器開始，相繼出現(xiàn)了電流源型、脈寬調(diào)制型等各種類型的變頻器。就目前而言，變頻調(diào)速的主要 方案有交-交變頻調(diào)速、交-直-交變頻調(diào)速、同步

5、電動機自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)、正弦波脈寬調(diào)制(SPWM）、 矢量控制，以及直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速等。而且，隨著傳感技術(shù)的日漸成熟，許多智能技術(shù)也慢慢 地滲透到了其中，如模糊控制、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡、自適應控制等。與這些控制方式的有效結(jié)合， 極大地改善了變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的控制效果。變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展在很大程度上依賴于大功率半導 體器件的制造工藝水平和電力電子技術(shù)的發(fā)展狀況。隨著第三代電力半導體器件（如門極可關(guān)斷晶 閘管 GTO、絕緣柵型雙極晶體

6、管 IGBT 等）的快速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)得到了很大的進步，逐 漸變得越來越成熟。日、美、德、英等老牌發(fā)達國家在結(jié)合現(xiàn)代微處理器控制技術(shù)、電力電子技術(shù)， 以及電機傳動技術(shù)的基礎上，陸續(xù)推出了各種型號的變頻器，而且在不斷地進行升級換代。這些高 精度</p><p>　　交流變頻調(diào)速技術(shù)是一門強弱電結(jié)合，機電一體化的綜合性技術(shù)。它既需要處理巨大電能的轉(zhuǎn) 換（整流、逆變）問題，還要處理信息的收集、變換以及傳輸問題。

7、在電力拖動這個領域里，由于變 頻調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)差功率不變，所以高效率、高性能是交流調(diào)速技術(shù)的主要發(fā)展方向。變頻調(diào)速技術(shù) 在國民經(jīng)濟和日常生活中占有十分重要的地位，它將頻率轉(zhuǎn)變成了可以被充分利用的重要資源。近 年來變頻調(diào)速技術(shù)獲得了不錯的成績，而且，在社會生產(chǎn)的各個領域都產(chǎn)生著越來越廣泛的影響， 并取得了顯著的經(jīng)濟效益與社會價值。因此，研究變頻調(diào)速對異步電動機的自動控制在工業(yè)生產(chǎn)中 具有一定的實際意義。</p><p&g

8、t;　　1.2 變頻調(diào)速技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢</p><p>　　自 20 世紀 60 年代變頻器的出現(xiàn)到現(xiàn)在，經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)開始逐 漸成熟完善了。</p><p>　　近年來，由于一些新技術(shù)、新材料、新方法的出現(xiàn)和應用，從而研制出了更好的器件或是串聯(lián) 單元，這樣就進一步解決了一直以來困擾人們的高壓問題，使其應用領域和范圍更加寬泛。同時， 也使得更為高效、合理地

9、利用能源的愿望成為了現(xiàn)實。自 20 世紀 80 年代開始，變頻器在西方主</p><p>　　要工業(yè)國家被廣泛使用，并逐漸隨進口設備配套被引入中國。至 90 年代時，變頻器已經(jīng)在中國得</p><p>　　到了迅速的推廣。 變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用，將工頻電源轉(zhuǎn)換成為另一種頻率的電源的電能控制</p><p>　　裝置。電動機是國民經(jīng)濟中主要的耗電大戶，

10、高壓大功率電動機更為突出，而這些設備的電能利用 率普遍偏低，所以都有很大的節(jié)能空間。因此，不論從社會價值還是經(jīng)濟效益上來講，大力發(fā)展高 壓大功率變頻調(diào)速技術(shù)都具有非常深遠的意義。</p><p>　　同時，隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，中小功率的變頻器又逐漸突顯出其不可替代的 作用。近年來，我國提出了建設節(jié)能型社會，倡導綠色、和諧的發(fā)展理念。因此，在做好高壓大功率 變頻器的同時應該兼顧中小功率變頻器的發(fā)展。

11、這是我國變頻器行業(yè)今后發(fā)展的總體趨勢。</p><p>　　國外變頻器產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史較長。目前，除日本外，美、英、德、法、意等發(fā)達國家也都已經(jīng)形成 了較為完善的變頻器技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展體系。同時，幾乎所有的產(chǎn)品均具有矢量控制功能，且工藝水平 較以前有了大幅提高。目前，各發(fā)達國家現(xiàn)階段的發(fā)展狀況主要表現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p>　　（1）變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展時間較長，具有一定的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模，生

12、產(chǎn)經(jīng)驗、技術(shù)水平和產(chǎn)品品 質(zhì)比較高；</p><p>　?。?）能夠生產(chǎn) 1 萬 kW 以上的 SCR 變頻器，如美國的 A-B 公司等。但是沒有 10kV 及以上的 高壓產(chǎn)品；</p><p>　?。?）與變頻器相關(guān)的產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模，形成了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，能夠生產(chǎn)諸如 IGBT、IGCT、SGCT 等變頻器中的多種功率器件；</p><p>　?。?）新技術(shù)、新工藝

13、不斷廣泛應用于產(chǎn)品中，促進了高壓、高功率、高精度、多功能、智能化變 頻器的出現(xiàn)，使高壓變頻器在各個行業(yè)中被廣泛使用，并取得了顯著的經(jīng)濟效益。</p><p>　　然而，我國國產(chǎn)變頻器的生產(chǎn)，主要是交流 380V 的中小型變頻器，且大部分產(chǎn)品為低壓，而 高壓大功率則很少，能夠研制、生產(chǎn)、并提供服務的高壓變頻器廠商更少，不過是少數(shù)幾個具備科 研能力或資金實力強的企業(yè)。并且在技術(shù)方面，更是僅僅少數(shù)普遍采用 V/F 控制

14、方式，對中、高壓 電機的變頻調(diào)速進行改造。我國高壓變頻器的品種和性能，還處于發(fā)展的初步階段，仍需大量從國 外進口。這一現(xiàn)狀主要表現(xiàn)在以下方面：</p><p>　　（1）國外各大品牌的產(chǎn)品，加快了占領國內(nèi)市場的步伐并將產(chǎn)品本地化，但我國目前變頻器市 場較大，仍有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ?lt;/p><p>　　（2）多數(shù)企業(yè)不具有足夠資金進行科研和規(guī)?；a(chǎn)，生產(chǎn)工藝相對落后，產(chǎn)品的技術(shù)含量低， 品質(zhì)

15、有待提高，但總體上價格低廉；</p><p>　　（3）國內(nèi)高壓變頻器尚未形成一套完備的標準，產(chǎn)品差異性大，需要進一步完備、完善高壓變 頻器的標準，同時，國產(chǎn)高壓變頻器的功率等級較低，一般不超過 3500kW；</p><p>　?。?）高壓變頻器周邊產(chǎn)業(yè)少，不夠發(fā)達，約束了高壓變頻器的發(fā)展速度，很多變頻器中的主要 功率器件，無法自行生產(chǎn)，如：驅(qū)動電路，電解電容等；</p>

16、<p>　　（5）自主研發(fā)能力在逐步提高，與發(fā)達國家的技術(shù)差距在縮小，自主創(chuàng)新的技術(shù)和產(chǎn)品也逐步 得到應用；</p><p>　?。?）已經(jīng)研制出具有瞬時掉電再恢復、故障再恢復等性能的變頻器，同時正在研發(fā)能夠進行四 象限運行的高壓變頻器[2]；</p><p>　　變頻技術(shù)發(fā)展至今，總結(jié)起來從控制的角度而言，先后經(jīng)歷了這樣 4 個階段：矢量控制、磁通 控制、轉(zhuǎn)矩控制、智能（PWM

17、）控制這 4 個階段。20 世紀 80 年代后期開始，歐美發(fā)達國家的 VVVF</p><p>　　（Variable Voltage Variable Frequency）變頻器，投入市場并廣泛應用，使變頻器技術(shù)又達到一 個新的水平。</p><p>　　目前，交流變頻調(diào)速技術(shù)的主要發(fā)展方向有以下幾個方面：</p><p>　?。?）控制理論與控制技術(shù)方面的研究與

18、開發(fā)，如矢量控制理論及其他現(xiàn)代控制理論隨著交流 調(diào)速的發(fā)展而不斷完善；轉(zhuǎn)子磁鏈定向的異步電動機矢量控制；直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)等；</p><p>　?。?）變頻器主電路拓撲結(jié)構(gòu)研究與開發(fā)；提高變頻器的輸出效率；電力電子逆變器朝著高頻 化、大功率方向發(fā)展；矩陣式變頻器提高輸出頻率；</p><p>　?。?）PWM 模式改進與優(yōu)化研究：為解決三電平中壓變頻器中點電壓偏移問題，研究了虛擬電 壓矢量

19、合成 PWM 模式，并取得了具有實用價值的研究成果；</p><p>　?。?）中壓變頻裝置的研究與開發(fā)：中壓是指電壓等級為 1kV～10kV，中、大功率是指功率等 級在 300kW 以上。隨著全控型功率器件耐壓的提高，中壓變頻器的應用迅速加快了。應用較多的 是采用 IGBT、IEGT、IGCT 三電平中壓變頻器及級聯(lián)式單元串聯(lián)多電平中壓變頻器。</p><p>　　最初通用變頻器僅用于風

20、機、泵類負載的節(jié)能調(diào)速和化纖工業(yè)中高速纏繞的多機協(xié)調(diào)運行等， 到目前為止，其應用領域得到了相當?shù)臄U展。如搬運機械，從反抗性負載的搬運車輛、帶式運輸機 到位能負載的起重機、提升機、立體倉庫、立體停車廠等都已采用了通用變頻器。</p><p>　　1.3 本課題需研究的問題及思路方法</p><p>　　本課題要研究的問題主要有以下幾點：</p><p>　?。?）三相

21、異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理；</p><p>　　（2）三墾變頻器的使用；</p><p>　?。?）變頻器的選擇和參數(shù)設計；</p><p>　?。?）基于三墾變頻器的交流異步電機的自動控制系統(tǒng)的搭建與調(diào)試； 本次畢業(yè)設計采用的研究思路和方法為：</p><p>　　（1）首先掌握三相異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理并熟悉三墾變頻器的

22、使用；</p><p>　?。?）其次完成三相異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)反饋控制規(guī)律的研究。主要應用工程設計法；</p><p>　?。?）再組建變頻器+交流異步機的調(diào)速自動控制系統(tǒng)。系統(tǒng)設計中主要采用模擬控制器，對不 同速度的控制，控制規(guī)律擬采用 PID 算法；</p><p>　?。?）最后完成三相異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件連接及實驗調(diào)試，并對實驗結(jié)果進行合理地 分

23、析；</p><p>　　控制系統(tǒng)一般可以分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。根據(jù)控制對象和控制精度等要求的不同，我們可 以綜合選擇一種進行操作使用。下面我們就這兩種控制方法進行簡單的說明比較。</p><p>　　所謂開環(huán)控制，即控制裝置與被控對象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程其特點是 系統(tǒng)的輸出量不會對系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響，不具備自動修正的能力。如圖 1.1 所示，為開環(huán)系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

24、。</p><p>　　圖 1.1 開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 在本次畢業(yè)設計中，控制器為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，執(zhí)行器為三墾變頻器，被控對象為電動機的轉(zhuǎn)速。 雖然開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，但是其抗干擾能力差，響應緩慢，在大多數(shù)場合下控制效果不夠</p><p><b>　　理想。</b></p><p>　　圖 1.2 閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><

25、p>　　如圖 1.2 所示為閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。閉環(huán)控制是將輸出量直接或間接反饋到輸入端形成閉環(huán)、 參與控制的控制方式。若由于干擾的存在，使得系統(tǒng)實際輸出偏離期望輸出，系統(tǒng)自身便利用負反 饋產(chǎn)生的偏差所取得的控制作用再去消除偏差，使系統(tǒng)輸出量恢復到期望值上，這正是反饋工作原 理?？梢?，閉環(huán)控制具有較強的抗干擾能力.其主要特點有：</p><p>　　（1）系統(tǒng)輸出量對控制作用有直接影響；</p>

26、<p>　?。?）有反饋環(huán)節(jié)，并應用反饋減小誤差；</p><p>　?。?）當出現(xiàn)干擾時，可以自動減弱其影響；</p><p>　　（4）低精度元件可組成高精度系統(tǒng)。 綜合以上兩點，開環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，比較經(jīng)濟。但其也有無法避免的缺點，它無</p><p>　　法消除干擾所帶來的誤差。同開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點。在反饋控制系統(tǒng)

27、中， 不管出于什么原因（外部擾動或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會產(chǎn)生相應的控制作 用去消除偏差。因此，它具有抑制干擾的能力，對元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應特性。 但反饋回路的引入增加了系統(tǒng)的復雜性，而且增益選擇不恰當時會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。為提高控制 精度，在擾動變量可以測量時，也常同時采用按擾動的控制（即前饋控制）作為反饋控制的補充而 構(gòu)成復合控制系統(tǒng)。</p><p>　　閉環(huán)控制與開環(huán)

28、控制的區(qū)別主要表現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p>　?。?）從原理上看：開環(huán)控制系統(tǒng)不能檢測誤差，也不能校正誤差?？刂凭群鸵种聘蓴_的性能 都比較差，而且對系統(tǒng)參數(shù)的變動很敏感。合閉環(huán)控制系統(tǒng)不管出于什么原因（外部擾動或系統(tǒng)內(nèi) 部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會產(chǎn)生相應的控制作用去消除偏差?？刂凭群鸵种聘蓴_的 性能都比較差，而且對系統(tǒng)參數(shù)的變動很敏感。因此，一般僅用于可以不考慮外界影響，或慣性小， 或精度

29、要求不高的一些場合；</p><p>　?。?）從結(jié)構(gòu)上看：開環(huán)系統(tǒng)沒有檢測設備，組成簡單，但選用的元器件要嚴格保證質(zhì)量要求。 閉環(huán)系統(tǒng)具有抑制干擾的能力，對元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應特性；</p><p>　?。?）從穩(wěn)定性看穩(wěn)：開環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性比較容易解決。閉環(huán)系統(tǒng)中反饋回路的引入增加了 系統(tǒng)的復雜性。</p><p>　　本次設計擬采用兩步完成

30、； 第一步，搭建開環(huán)控制系統(tǒng)并調(diào)試，測出被控對象（即三相異步電動機）的開環(huán)機械特性； 第二步，設計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR），搭建閉環(huán)控制系統(tǒng)并調(diào)試，測出被控對象的閉環(huán)機械特性，</p><p>　　并分析其靜態(tài)、動態(tài)性能指標。其中轉(zhuǎn)速反饋輸出的是一個 0～30V 的電壓信號，通過電位器限幅到 0～5V 后，經(jīng)過調(diào)節(jié)器與給定（同樣是一個 0～5V 的電壓信號）進行偏差比較，輸出新的電壓從而使 電動機工作在新的機械特性下

31、。</p><p>　　（1）改變極對數(shù) p 作幾擋的有級調(diào)速，但是該種方式通用性差，并且結(jié)構(gòu)復雜、價格高、維護 性差；</p><p>　?。?）改變轉(zhuǎn)差 s 來調(diào)速，這種方式只適用于繞線電機的轉(zhuǎn)子外加電阻來調(diào)速，這樣調(diào)速電阻就 要消耗一定的功率。為了利用這部分功率，可在轉(zhuǎn)子回路中接入轉(zhuǎn)差頻率的功率變換裝置，將其送 回電網(wǎng)。由于轉(zhuǎn)差功率的傳遞為單項，只能由轉(zhuǎn)子反饋給電網(wǎng)，所以電動機只能在

32、低于同步轉(zhuǎn)速的 范圍內(nèi)進行調(diào)速；</p><p>　　（3）當極對數(shù) p 不變時，電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 與定子電源頻率 f 成正比。因此通過連續(xù)改變定子 電壓供電頻率 f（或改變供電電源頻率）就能平滑、無級地調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速, 這種調(diào)速方法稱 為變頻調(diào)速。這種方法能實現(xiàn)無級調(diào)速，并且能適用于各種異步電動機的調(diào)速需要，特別指出的是 能適用我國現(xiàn)在普遍應用的鼠籠式三相交流異步電動機的調(diào)速需要。</p>

33、<p>　　變頻調(diào)速是希望氣隙磁通量 ? m 基本保持不變，這樣，磁路的飽和程度、激磁電流和電動機的功 率因數(shù)均可保持不變。由于忽略定子的漏阻抗壓降時</p><p>　　「門 ≈ 丁「 = 4.44「丁「門 丁「門 「「（2-5）</p><p>　　式中, 「門為定子相電壓（V）；</p><p>　　丁「 為氣隙磁通在定子每相中感應電動勢的有

34、效值（V）；</p><p>　　「丁為定子頻率（Hz）；</p><p>　　「門為定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；</p><p>　　丁「門 為定子基波繞組系數(shù)； Φ「為每極氣隙磁通量（Wb）。</p><p>　　又知要保持氣隙磁通量不變，只要控制好氣隙磁通在定子每相中感應電動勢和定子頻率便可達 到目的。因此，應使定子端相電壓與定子頻率成比例地

35、調(diào)節(jié)，即采用電動勢頻率比為恒值的控制方 式即恒壓頻比控制。而且，若能保持電壓和頻率成比例變化，則最大轉(zhuǎn)矩保持不變，所以這是一種 近于恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速方案。對此需要考慮額定頻率以下和額定頻率以上兩種情況[26]。</p><p><b>　　（1）基頻以下調(diào)速</b></p><p>　　由式（2-5）可知，要保持氣隙磁通量Φ「不變，當頻率「丁從額定值向下調(diào)節(jié)時，必須同時降

36、低氣 隙磁通在定子每相中感應電動勢的有效值，使氣隙磁通在定子每相中感應電動勢的有效值丁「 與定子 頻率「丁的比值為恒定值，即采用恒定的電動勢頻率比的控制方式。然而，繞組中的感應電動勢是難以</p><p>　　直接控制的，當電動勢值較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認定定子相電壓與氣隙磁 通在定子每相中感應電動勢的有效值近似相等，即定子相電壓「門亦與定子頻率「丁的比值為恒定值。</p>&l

37、t;p>　　這就是是恒壓頻比的控制方式。</p><p>　　低頻時，定子相電壓「門和氣隙磁通在定子每相中感應電動勢的有效值丁「 都較小，定子阻抗壓降 所占的份量就比較顯著，不再能忽略。這時，可以人為地把定子相電壓「門抬高一些，以便近似地補 償定子壓降，帶定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制特性為圖 2.1 中的 b 曲線，a 為無補償?shù)目刂铺匦郧?lt;/p><p><b>　　線。&

38、lt;/b></p><p>　　a——無補償b——帶定子壓降補償 圖 2.1 恒壓頻比控制特性</p><p>　　在實際應用中由于負載大小不同，需要補償?shù)亩ㄗ訅航抵狄膊灰粯?，在控制軟件中，須具備?lt;/p><p>　　不同斜率的補償特性，以便用戶選擇。</p><p>　　圖 2.2 異步電動機變壓變頻調(diào)速的控制特性</p&

39、gt;<p>　　（2）基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時，頻率可以從額定頻率往上增高，但電壓定子相電壓卻不能增加比額定電壓</p><p>　　還要大，最多只能保持與額定電壓近似相等。由式（3-5）可知這將迫使磁通與頻率成反比地降低， 相當于直流電機弱磁升速的情況。把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得圖 2.2 所示的異步 電動機變頻調(diào)速控制特性。如果電動機在不同轉(zhuǎn)速下具有額定電流，則電機都能在溫

40、升允許條件下 長期運行，這時轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化，按照電機拖動原理，在基頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”的性 質(zhì)，而在基頻以上，基本屬于“恒功率調(diào)速”。</p><p><b>　　2.2 變頻器</b></p><p>　　2.2.1 變頻器的介紹 變頻器是利用電力半導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</p><p>

41、;　　主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元 等組成的。 變頻器是把工頻電源(50Hz 或 60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運 行的設備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對 整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要 大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉(zhuǎn)矩計算的 CPU 以及

42、一些相應的電路。變頻調(diào)速是通 過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調(diào)速的目的。</p><p>　　變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器； 按照開關(guān)方式分類，可以分為 PAM 控制變頻器、PWM 控制變頻器和高載頻 PWM 控制變頻器；按照工 作原理分類，可以分為 V/f 控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類， 可以分為通用變頻器、高性能專用變

43、頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。</p><p>　　各國使用的交流供電電源，無論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率均為 400V/50Hz 或 200V/60Hz(50Hz)等。通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置 稱作“變頻器”。用于電機控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。</p><p>　　通用變頻器由主電路和控制回路組成。給

44、異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為 主電路。主電路包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)（又平波回路）、逆變器。</p><p>　　圖 2.3 通用變頻器簡化結(jié)構(gòu)圖</p><p>　?。?）整流器。它的作用是把工頻電源變換成直流電源。</p><p>　?。?）平波電路（中間直流環(huán)節(jié)）。由于逆變器的負載為異步電動機，屬于感性負載。無論電動 機處于電動狀態(tài)還是發(fā)電狀

45、態(tài)，起始功率因數(shù)總不會等于 1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間總 會有無功功率的交換，這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件—電容器或電感器來緩沖，所以 中間直流環(huán)節(jié)實際上是中間儲能環(huán)節(jié)。</p><p>　?。?）逆變器。與整流器的作用相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率。逆變 器的結(jié)構(gòu)形式是利用 6 個半導體開關(guān)器件組成的三相橋式逆變器電路。通過有規(guī)律的控制逆變器中 主開關(guān)的導通和斷開，可以得

46、到任意頻率的三相交流輸出波形。</p><p>　?。?）控制電路。控制回路常由運算電路，檢測電路，控制信號的輸入、輸出電路，驅(qū)動電路和</p><p>　　制動電路等構(gòu)成。其主要任務是完成對逆變器的開關(guān)控制，對整流器的電壓控制，以及完成各種保 護功能?？刂品绞接心M控制或數(shù)字控制。</p><p>　　2.2.2 變頻器的選擇 變頻器最早的形式是用旋轉(zhuǎn)發(fā)電機組作為

47、可變頻率電源，供給交流電動機。隨著電力半導體器</p><p>　　件的發(fā)展，靜止式的變頻電源成為了變頻器的主要形式。靜止式變頻器從變換環(huán)節(jié)分為兩大類：交- 直-交變頻器和交-交變頻器。</p><p>　　交-交型變頻器：它的功能是把一種頻率的交流電直接變換成另一種頻率可調(diào)電壓的交流電（轉(zhuǎn) 換前后的相數(shù)相同），又稱直接式變頻器。由于中間不經(jīng)過直流環(huán)節(jié)，不需換流，故效率很高。因而 多用于低

48、速大功率系統(tǒng)中，如回轉(zhuǎn)窯、軋鋼機等。但這種控制方式?jīng)Q定了最高輸出頻率只能達到電 源頻率的 1/3～1/2,所以不能高速運行。</p><p>　　交-直-交型變頻器：交-直-交變頻器是先把工頻交流通過整流器變成直流，然后再直流變換成頻 率電壓可調(diào)的交流，又稱間接變頻器，交-直-交變頻器是目前廣泛應用交流異步電動機變頻調(diào)速系的 通用變頻器。它根據(jù)直流部分電流、電壓的不同形式，又可分為電壓型和電流型兩種：</p

49、><p>　?。?）電流型變頻器 電流型變頻器的特點是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感器作為儲能環(huán)節(jié)來緩沖無功功率，即扼制電流</p><p>　　的變化，使電壓波形接近正弦波，由于該直流環(huán)節(jié)內(nèi)阻較大，故稱電流源型變頻器。</p><p>　　（2）電壓型變頻器 電壓型變頻器的特點是中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用大電容器作為儲能環(huán)節(jié)來緩沖無功功率，</p><p&

50、gt;　　直流環(huán)節(jié)電壓比較平穩(wěn)，直流環(huán)節(jié)內(nèi)阻較小，相當于電壓源，故稱電壓型變頻器。由于電壓型變頻 器是作為電壓源向交流電動機提供交流電功率，所以其主要優(yōu)點是運行幾乎不受負載的功率因數(shù)或 換流的影響，它主要適用于中、小容量的交流傳動系統(tǒng)。與之相比，電流型變頻器施加于負載上的 電流值穩(wěn)定不變，其特性類似于電流源，它主要應用在大容量的電機傳動系統(tǒng)以及大容量風機、泵 類節(jié)能調(diào)速中。</p><p>　　由于交-直-交型變

51、頻器是目前廣泛應用的通用變頻器，所以本次設計中選用此種間接變頻器，在 交-直-交變頻器的設計中，雖然電流型變頻器可以彌補電壓型變頻器在再生制動時必須加入附加電 阻的缺點，并有著無須附加任何設備即可以實現(xiàn)負載的四象限運行的優(yōu)點，但是考慮到電壓型變頻 器的通用性及其優(yōu)點，此次設計中采用電壓型變頻器即 SAMCO-M 電動機調(diào)速用高性能數(shù)字式變頻 器。其結(jié)構(gòu)圖如下。</p><p>　　2.3 SAMCO-M 變頻器功

52、能介紹[27]</p><p>　　圖 2.3 交—直—交變頻裝置</p><p>　　通用型全數(shù)字式變頻器 SAMCO-M 適用于感應電動機的調(diào)速驅(qū)動。其內(nèi)部配備 16 位微處理器，功 能十分齊全，操作尤為簡單。此次設計所用變頻器型號為 MF-3.7K-380。</p><p>　　2.3.1 操作面板說明</p><p>　　如圖 2.4

53、, SAMCO-M 變頻器的操作面板大致有以下幾個部分：</p><p>　　（1）顯示器：以 7 段字符顯示頻率、電動機電流，轉(zhuǎn)速、送料速度、各參數(shù)設定值及報警內(nèi)容；</p><p>　　（2）顯示模式：顯示指示內(nèi)容；</p><p>　?。?）READY：操作面板有效時亮燈；</p><p>　?。?）步進鍵：① 可把頻率連續(xù)上升或下降（

54、按著鍵時頻率才變化）；</p><p>　?、?校正頻率表偏差；</p><p>　　③ 可改變 READY 模式的顯示；</p><p>　?。?）功能設定鍵：各種功能的確認和設定；</p><p>　?。?）運轉(zhuǎn)指令鍵：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止的指令鍵；</p><p>　?。?）準位表：顯示頻率比率及過載率；</p

55、><p>　　（8）運轉(zhuǎn)方式表示：表示正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止狀態(tài)；</p><p>　　以操作面板進行運轉(zhuǎn)時應在變頻器處于停止模式時進行功能設定，將 Cd01 設定為 0，Cd04 設定 為 0。以此方式進行運轉(zhuǎn)有兩種方式：</p><p>　?、?以數(shù)字鍵直接設定頻率來進行運轉(zhuǎn)；</p><p>　?、?以步進鍵設定頻率來進行操作。 但應注意：當顯示

56、器的顯示內(nèi)容切換在頻率(Cd02=0)以外的模式時，是不能以數(shù)字鍵直接設定</p><p>　　或步進鍵設定來改變運轉(zhuǎn)頻率的，應以功能設定指令碼 Cd00 來進行設定。</p><p>　?。?）以外部信號來進行運轉(zhuǎn)</p><p>　?、?以外部信號來控制運轉(zhuǎn)或停止時，按運轉(zhuǎn)選擇的操作順序?qū)⒐δ苤噶畲a設置成 Cd04=1；</p><p>

57、;　　② 以外部電位器 4～20mA、0～10V 等來設定頻率時，按第一頻率的設定方法將功能指令代碼設 置成 Cd01=1；</p><p>　?。?）按控制端子接線圖來使用外部信號</p><p>　　注意：a 停機中若同時輸入正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)兩種信號時，變頻器不會運轉(zhuǎn)；</p><p>　　b 若在運轉(zhuǎn)中同時輸入正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)兩種信號時，“輸出頻率鎖定”功能即起作用，在加

58、速 或減速時也會將輸出頻率鎖定。</p><p>　　2.3.3 基本接線與端子連接</p><p>　?。?）變頻器的基本接線</p><p>　?、?請務必在電源和輸入端子（R、S、T）之間裝上斷路開關(guān) MCB。如果使用漏電斷路開關(guān)時， 請使用帶高頻對策用的開關(guān)?；窘泳€圖如圖 2.5 所示；</p><p>　?、?接到輸入電源端子（R

59、、S、T）的配線，無需考慮相序；</p><p>　　③ 若把輸出端子（U、V、W）按標準來接線，則從負載方面（軸）來看，電機的旋轉(zhuǎn)方向是反</p><p><b>　　時針的；</b></p><p>　?、?接到控制電路端子的接線，請用屏蔽線或絞合繞線，此外，接線時應充分離開主電路、強電 回路（包括 200V 繼電器的時序電路）；</

60、p><p>　　⑤ 為防止使用在控制電路端子的繼電器接觸不良，請使用微小信號用接點或雙接點的繼電器；</p><p>　?、?請將接地端子切實接地；</p><p>　?、?端子（P、PR）為制動端子，請將專用制動電阻（選擇品）從外部連接。除專用電阻之外， 請勿連接其他部件。</p><p>　　DC0～7.5V 時應將 J2 進行短接；<

61、/p><p>　　DC0～5V 時應將 J3 進行短接；</p><p>　　注 3：若使用外部電位器時，請選用 0.3 W 以上，5 KΩ型的，并把 J1 短路。</p><p>　　注 4：若沒有控制電源，便不能保持警報接點的輸出。如果有需要，請在外部設置予以保持用的 次序控制裝置。</p><p>　　2.3.4 功能指令的設定方法<

62、/p><p>　?。?）Cd00 第 1 頻率的設定 設定運轉(zhuǎn)頻率（第一頻率）的功能，通常是以數(shù)字鍵或是步進鍵設定來進行的。當顯示器的顯</p><p>　　示為頻率內(nèi)容（Cd02 = 0）以外時的頻率設定時，請以本操作進行。具體的設定步驟為：</p><p>　　注：當頻率設定方法的選擇為外部模擬信號設定（Cd01）時，不能進行第一頻率的設定。</p>

63、<p>　?。?）Cd01 第 1 頻率的設定方法選擇 對變頻器的輸出頻率設定，可自行選擇是以操作面板，還是以外部模擬信號或數(shù)位信號來進行，</p><p><b>　　具體的設定步驟為：</b></p><p>　　Cd01 = 0：以操作面板來進行頻率設定；</p><p>　　Cd01 = 1：以外部模擬信號（4～20mA ,0

64、～10V）來進行頻率設定。</p><p>　?。?） Cd02 顯示內(nèi)容的切換</p><p>　　Cd02 =0：顯示頻率（Hz）； Cd02 = 1：顯示電流（A）； Cd02 = 2：顯示速度，轉(zhuǎn)速；</p><p>　　注：當 Cd02 為 1 或 2 時，不能以數(shù)字鍵或者步進鍵來進行頻率設定，此時請以“Cd00”來設定 頻率。</p>&

65、lt;p>　　（4）Cd04 運轉(zhuǎn)指令的選擇</p><p>　　Cd04 = 0：以操作面板來控制運轉(zhuǎn)； Cd04 = 1：以外部信號來控制運轉(zhuǎn)；</p><p>　　注：當輸入了外部運轉(zhuǎn)信號 FR,RR 以及空轉(zhuǎn)制動信號 MBS 時，即使變頻器處于停機狀態(tài)，也不</p><p><b>　　能更改設定。</b></p>

66、<p>　?。?）Cd05 V/F 圖形選擇指令的選擇</p><p>　　Cd05 圖形選擇可按說明書選擇 1～28 號圖形進行設定。</p><p>　?。?）Cd06 轉(zhuǎn)矩補償?shù)倪x擇表 2.4 轉(zhuǎn)矩補償說明</p><p>　　Cd06 轉(zhuǎn)矩補償可按說明書選擇 0～25 進行設定，各轉(zhuǎn)矩補償曲線內(nèi)容見表 2.4 。 注：1.自動補償可使加速時的電壓

67、自動提升以補償起動轉(zhuǎn)矩，從而使加速順利進行；</p><p>　　2.此動作只在加速中起作用，在恒速運轉(zhuǎn)中則不起作用。</p><p>　　（7）Cd08 第 1 加速時間的設定</p><p>　　加速時間是指頻率變化 50Hz 所需要的時間，設定范圍為 0.1～9999 秒。</p><p>　　其它的功能指令及其設定數(shù)據(jù)內(nèi)容見表 2.5

68、.</p><p><b>　　3.調(diào)節(jié)器的設計</b></p><p>　　3.1 主控回路的設計</p><p>　　變頻器的工作方式為外部信號控制運轉(zhuǎn)。它的閉環(huán)主電路就是在開環(huán)系統(tǒng)的基礎上加了一個轉(zhuǎn) 速反饋，其中轉(zhuǎn)速反饋輸出的是一個與轉(zhuǎn)速成比例的電壓值，反饋電壓與給定電壓經(jīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器重 新計算出使電機穩(wěn)定運行在另一機械特性上的電壓信號，

69、經(jīng)變頻器外部控制端子送給變頻器，使電 動機平穩(wěn)運行。</p><p>　　圖 3.1 閉環(huán)系統(tǒng)框圖</p><p>　　轉(zhuǎn)速閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成如圖 4.2 所示。R、S、T 是變頻器的輸入電源，U、V、W 是變頻器 的輸出端子，M 是三相異步電動機，TG 是和三相異步電動機同軸的測速發(fā)電機，RP 是電位器，調(diào)節(jié) 器可以是數(shù)字的，也可以是模擬的，這里我們選用轉(zhuǎn)速模擬調(diào)節(jié)器。</p&

70、gt;<p>　　3.2 控制器的設計</p><p>　　圖 3.2 轉(zhuǎn)速閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)組成框圖</p><p>　　本次設計所用三相異步電動機的銘牌參數(shù)為：</p><p>　　額定功率：2.2 kW額定轉(zhuǎn)速：1420 r/min</p><p>　　定子電壓：380 V定子電流：5.0 A</p>&l

71、t;p>　　轉(zhuǎn)子電壓：260 V轉(zhuǎn)子電流：6.0 A</p><p>　　頻率：50 Hz接法：Y 型 利用工程設計法對調(diào)節(jié)器的設計過程有以下兩個步驟：</p><p>　　（1）先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時滿足系統(tǒng)所需的穩(wěn)態(tài)精度；</p><p>　?。?）再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動態(tài)指標的要求。 3.2.1 數(shù)學模型的建立[28]&l

72、t;/p><p>　　1.對于三相異步電動機來說，輸入的是一定幅值的頻率 f(s)(指與矩形脈沖序列等效的正弦波 的頻率)變化的 PWM 波，輸出的是轉(zhuǎn)速 n(s)。我們可以將其近似看成一階慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　「~「</b></p><p><b>　　「~「</b></p>&l

73、t;p>　　在 PI 調(diào)節(jié)的過程中，比例調(diào)節(jié)的作用就是按比例來反應系統(tǒng)的偏差。系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比 例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用以減少偏差。比例作用加強可以加快調(diào)節(jié)、減少誤差。但是過大的比例會 使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)作用是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差、提高無差度。 一旦有誤差，積分調(diào)節(jié)就進行，直至無差。積分調(diào)節(jié)停止，則積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強 弱取決于積分時間常數(shù) Ti 的大小。Ti 越小,積分作用就越強，反

74、之，則越來越弱。加入積分調(diào)節(jié)可 以提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是其動態(tài)響應則會變慢。</p><p>　　4.實驗調(diào)試與結(jié)果分析</p><p>　　配線后，在通電前對設備進行檢查，應保證</p><p>　?。?）接線正確無誤，尤其應檢查電源是否錯接在 U、V、W 端子上。應著重注意電源必須由 R、 S、T 端子輸入；</p><p>　?。?）

75、在變頻器基板及配線端子上不能殘留易引起短路的線屑或?qū)w；</p><p>　?。?）螺絲、端子牢靠，沒有松動；</p><p>　?。?）輸出部分及時序電路方面一定不能發(fā)生短路或接地障礙；</p><p>　　運轉(zhuǎn)前先將 J3 進行短接，即確定外部電壓給定信號為 0～5V，5V 對應最高頻率 50Hz。在進行開 環(huán)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)前對變頻器的各項功能參數(shù)作如表 4.1 所示

76、的設定。</p><p>　　4.1 開環(huán)系統(tǒng)的調(diào)試</p><p>　　開環(huán)控制系統(tǒng)是由控制器、執(zhí)行器和被控對象三部分組成的，是由輸入端通過信號的輸入控制 被控對象輸出物理量的變化。開環(huán)控制系統(tǒng)是最簡單的控制系統(tǒng)。按給定值控制時，受控對象是被 控量，但控制裝置僅接受給定值，信號只有正向作用，無反向聯(lián)系。</p><p>　　用實驗臺給定一個 0～5V 的電壓信號作

77、為變頻器的輸入，對應頻率范圍為 0～50Hz。 在高、中、低多種頻率的給定值下，將調(diào)壓變阻器的阻值從最大開始逐漸減小，并記錄電流和</p><p>　　轉(zhuǎn)速的大小。具體實驗數(shù)據(jù)見表 4.2。</p><p>　　表 4.2 開環(huán)時的實驗數(shù)據(jù)</p><p>　　數(shù)據(jù)測試完必后，將調(diào)壓變阻器滑至最大阻值處，并將外部給定減小至零然后關(guān)閉總電源開關(guān)。 由測得的數(shù)據(jù)可得開環(huán)

78、機械特性曲線如圖 4.2 所示。</p><p>　　圖 4.2 開環(huán)時測得的電動機機械特行曲線</p><p>　　由圖 4.2 可知轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的特點：由于定子相電壓與電源頻率之比為恒值，故轉(zhuǎn)矩 Te 一定時，?「基本不變，即在恒壓頻比的情況下調(diào)整電源頻率，系統(tǒng)的機械特性曲線就會近似地向 下平移。由于氣隙磁通不變，故輸出轉(zhuǎn)矩基本不變，所以基頻以下的變頻調(diào)速可以認為是恒壓頻比&l

79、t;/p><p><b>　　調(diào)速。</b></p><p>　　4.2 閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)試</p><p>　　閉環(huán)控制系統(tǒng)可以將控制的結(jié)果反饋回來與希望值比較，并根據(jù)它們的誤差調(diào)整控制作用的系 統(tǒng)“開環(huán)控制”與“閉環(huán)控制”的區(qū)別就在于控制系統(tǒng)中有無反饋環(huán)節(jié)，所謂閉環(huán)控制就是存在反 饋環(huán)節(jié)的控制。這樣的系統(tǒng)能夠適時地檢測控制的輸出結(jié)果，并將檢測到的信

80、息通過反饋環(huán)節(jié)反映 到輸入端，調(diào)整輸入量，達到修正控制誤差、提高控制精確度的目的。反饋技術(shù)被廣泛應用在各種 需要精確控制的系統(tǒng)中。在調(diào)試中，電機的反饋電壓范圍超過了變頻器所能識別的范圍，然后需在 轉(zhuǎn)速反饋后加一轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，使轉(zhuǎn)速反饋電壓范圍能在變頻器所能識別的范圍之內(nèi)。其中電機轉(zhuǎn)速 反饋電壓范圍為 0～30V，變頻器外部電壓信號輸入范圍為 0～5V。經(jīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出后電壓范圍仍 然為 0～5V。</p><p>

81、　　比較閉環(huán)靜特性和開環(huán)機械特性的關(guān)系，可以看到： 在開環(huán)系統(tǒng)中，當負載電流增大時，定子壓降也增大，轉(zhuǎn)速只能降下來；閉環(huán)系統(tǒng)裝有反饋裝</p><p>　　置，轉(zhuǎn)速稍有降落，反饋電壓就會通過比較和放大，提高輸出電壓，使系統(tǒng)工作在新的機械特性上， 因而轉(zhuǎn)速又有所回升。由此看來，閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實質(zhì)在于它的自動調(diào)節(jié)作用，在于 它能隨著負載的變化而相應地改變定子電壓，以補償定子回路電阻壓降的變化。綜合以上分析

82、可得 出：</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速 n 很快的跟隨給定電壓 Un 變化，穩(wěn)態(tài)時可 以減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采 PI 調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差；對負載變化起抗擾作用。</p><p>　　（2）反饋控制系統(tǒng)的規(guī)律：比例控制的反饋控制系統(tǒng)是被調(diào)量有靜差的控制系統(tǒng)；反饋控制系 統(tǒng)的作用是：抵抗擾動，服從給定；系統(tǒng)的精確度依賴于給定和反饋檢測的精度。<

83、/p><p>　?。?）開環(huán)系統(tǒng)機械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的關(guān)系：閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機械特性硬 的多閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要比開環(huán)系統(tǒng)小的多；如果所要求的靜差率一定，則閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高 調(diào)速范圍。</p><p><b>　　5.總結(jié)</b></p><p>　　變頻調(diào)速技術(shù)在各個需要對電動機調(diào)速的行業(yè)領域的應用已經(jīng)越來越廣泛了。它的節(jié)能

84、、省力、 易于構(gòu)成自控系統(tǒng)的顯著特點也是應用變頻調(diào)速技術(shù)改造挖潛、增加效益的一條有效途徑。尤其是 在高能耗、低產(chǎn)出的設備較多的企業(yè)里，采用變頻調(diào)速裝置將會使企業(yè)獲得巨大的經(jīng)濟利益，同時 這也是國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。</p><p>　　目前，變頻調(diào)速是最有發(fā)展前途的一種交流調(diào)速方式。長期以來,雖然變頻調(diào)速性能優(yōu)良，但由 于缺乏理想的變頻器而未獲得廣泛應用。直到晶閘管及大功率晶體管等半導體電力開關(guān)問世以后，

85、 由于它們具有接近理想開關(guān)元件的性能（通態(tài)壓降小，斷態(tài)阻抗大，開關(guān)時間短等），才促使各種靜 止變頻器得到了快速的發(fā)展，并且在工業(yè)上得到了廣泛的應用。特別是電力半導體器件制造工藝的 成就與電子技術(shù)相結(jié)合，促使變頻裝置向大容量、高性能的趨勢發(fā)展，同時在價格和性能上也已經(jīng) 可與直流拖動相媲美了。當前，國內(nèi)也已經(jīng)有少量的產(chǎn)品問世。然而，由于元件制造水平相對較低， 價格比較昂貴，加上技術(shù)上要求復雜，所以限制了它的大范圍推廣與應用。但是可以預期，隨

86、著生 產(chǎn)與技術(shù)水平的不斷提高，變頻調(diào)速必將在一些領域逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)。目前，我們主要在以 下場合優(yōu)先考慮采用變頻調(diào)速技術(shù)：</p><p>　　（1）多臺電機同步拖動。如輥道.化纖工業(yè)中的紡絲機等；</p><p>　　（2）由于環(huán)境所限，必須采用封閉式鼠籠電動機且要求有較大調(diào)速范圍的設備，如原子能及化 工企業(yè)中的某些設備；</p><p>　?。?）進行無齒輪

87、傳動的某些低速大容量設備，如球磨機、軋鋼機等；</p><p>　　（4）高速傳動機械，如某些磨床，可以采用高頻變頻電源供電；</p><p>　?。?）改造鼠籠式異步電動機拖動的風機、泵類機械，以節(jié)約能源；</p><p>　?。?）大容量同步電動機的低頻起動。 變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)是變頻器。目前常用的變頻器有交-直-交變頻器，交-交變頻器以及脈</p&g

88、t;<p>　　寬調(diào)制（PWM）型變頻器。其中 PWM 型多重化電流型以及交-交變頻器有明顯的上升趨勢。變頻器所 用的電力半導體器件正在向著模塊化、快速化、光控化、高耐壓、大電流化、自關(guān)斷化和高可靠性 化的方向發(fā)展。變頻調(diào)速技術(shù)也正向著高性能，高精度，大容量,微型化，數(shù)字化和理想化的趨勢發(fā) 展。本設計報告主要介紹了變頻調(diào)速的基本控制方式，并通過不同規(guī)律進行電壓，頻率協(xié)調(diào)控制時 的穩(wěn)態(tài)機械特性，分析了變頻調(diào)速的原理。在畢業(yè)設