变频电源

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变频电源范文第1篇

论文关键词：低压；变频电动机；绕组型式；成型绕组

论文摘要：文章根据变频电机电源的特点，分析了散下绕组、成型绕组和半成型绕组耐脉冲电压冲击功能、电气性能、制造难度、生产成本及它们对中型低压变频电动机的实用性和可靠性的影响。

中型（铁芯外径Ф500～Ф1000）、低压（380V～1140V或1650V）一般电动机输出功率都比较大。通常电源由交流电网供给，电压稳定，波形基本为正弦波，谐波很少，除大气过电压或开关操作过电压等事故状态外，电动机正常运转期间很少受电压波动的冲击。其定子绕组型式，以前JBR和一些大电流曾采用成型线圈，早年380V的JS、JS2采用半成型线圈，近年来多采用散下线的迭绕或同心绕组。如380V的Y和Y2315-355、380V～690V的IMJ315-450和ILA8315-450等。而变频电机一般由逆变器供电，电压多含高脉冲高频率谐波，文章将着重讨论中型低压变频电动机的绕组形式。

一、中型低压变频电动机电源的特点

一般变频电动机多采用晶体管逆变器供电，晶体管逆变器采用高频率脉冲，脉冲升降时间很短，从而在电机绕组中产生高电压谐波，电压脉冲峰值比标准额定电压高得多，因而线圈匝间和相间以及同相线圈间的电压应力可能非常高。有文献报导：380V电动机相间脉冲电压达1000V～1100V，相首线圈的脉冲电压达700V～900V，线圈间脉冲电压达650V～900V；500V电压的变频电动机的电压应力，相间脉冲电压达1200V～1400V，相首线圈的脉冲电压达900V～1000V，线圈间脉冲电压达8000V～1000V。电压脉冲峰值与电动机额定电压呈正相关关系，电压脉冲在绕组线圈中传播逐渐衰减。“Δ”接线绕组相首相尾的匝间以及相邻相间的线圈端部，是脉冲高压的最危险受害部位。因此，提高中型低压电动机绕组耐电压脉冲应力的问题不容忽视。

二、中型低压变频电机绕组型式的评价

（一）散下圆铜线绕组

由于圆铜线散下绕组结构简单、下线工艺传统化；散下线绕组端部短、用铜少、电阻和漏抗小；与散下线相配套的半闭口槽槽口相对较小，对降低齿谐波幅值、均衡气隙磁场、改善电机性能、降低温升、提高出力等有利，所以一般中型低压的普通电机经常采用，一些小功率变频电机也采用圆铜线散下绕组。

因电动机功率大、电源电压低、电流很大，线圈导线并绕根数多达70多根，匝数少至2～3匝，匝间工作电压高。如采用2级漆包圆铜线线制作线圈，因漆包线或多或少都存在一些小针孔，加上制造工艺的损伤，匝间工作电压高和散下在槽内的线圈首匝与末匝相碰的机遇较多，匝间进行耐压试验或运行一段时间后发现一些电机发生匝间短路故障。

即使采用3级漆包线（所谓变频电机专用线），绝缘层加大了导线的安全距离，但漆层的小孔仍难以杜绝，加厚的漆层在制造期间易变脆，使用期间出现老化变得越来越脆，容易产生危险的裂纹。当浸渍漆填充不好的气隙、针孔或后发生的裂纹处就很可能在高频脉冲电压下发生放电甚至局部出现电晕，使线圈绝缘加速老化、击穿或烧毁，降低了中型低压变频电动机的可靠性。绕组的过早损坏将缩短中型低压变频电机的寿命，有的运行一、二年，甚至几个月就出现损坏。21写作秘书网

（二）成型绕组

成型绕组一般是用扁线绕绕制，经涨型、整型、压型、包绝缘等工序，一根扁线的截面积比散下绕组一根Φ1.5～Φ1.6圆线的截面积大得多，因而导体的并绕根数也少得多，导线绝缘占槽面积少；扁线的4个圆角所空的面积比并绕多根圆线四角所空的面积少得多，槽的有效填充系数高。成型绕组扁线排列比散下绕组的圆线整齐，杜绝首匝碰末匝或隔匝相邻的现象，匝间绝缘容易保证，相首相尾线圈加强匝间绝缘也容易做到。槽内上下层线圈和绕组端部的线圈之间和相间都有一定的间隙，绝缘容易保证。因此，成型绕组是提高变频电动机耐电压脉冲应力最好的绕组型式之一。但是，成型绕组的端部较长，用铜量多，电阻电抗大，铜耗大。与成型绕组配套的开口槽对气隙磁场的均匀分布影响较大，使齿谐波幅值增大，附加铁耗高，电动机效率较低。开口槽的卡氏系数大，加大了有效气隙长度，导致功率因数不高，铁芯长，用铁量大。总之，电动机性能相对较差，制造成本较高。

（三）半成型绕组配套半开口槽或小半开口槽

半成型绕组是指一个槽内每层一般并排放置两个半线圈，每半个线圈用扁线绕制，经涨型、整形、压型、定型（包扎固定或加包一层绝缘）等工序，主绝缘象散下线一样放置在槽内。扁线并绕的根数也比圆线少得多，槽的有效填充系数也挺高，导线排列也很整齐，也没有首匝末匝相碰或隔匝相邻的现象，匝间绝缘得以保证，相首相末加强匝间绝缘也容易实现，上下层线圈和绕组端部以及相间也有一定间隙，完全可以提高变频电动机耐电压脉冲的能力。

半成型绕组端部较散下绕组长，但比成型绕组短，槽口宽度在壮半闭口与开口槽之间，铁芯长也在两者之间，用铜量、用铁量、铜耗、铁耗、电动机效率、功率因数和电动机制造成本也都在两面三刀者之间。

三、结论

从以上对比分析得知，虽然成型绕组对提高耐电压脉冲应力最好甚至功能过剩，但其铜铁用量大、成本高。而散下绕组虽然制造成本低、电机性能较好，但存在耐电压脉冲功能不足的致命弱点，使电机可靠性差、寿命短。综合电动机性能、温升、生产难易程度、成本、特别是耐电压脉冲的能力和可靠程度等方面，半成型绕组的功能综合对比不失为中型低压变频电动机的最佳选择。

实际生产中，有些电动机生产商在额定电压690V、额定频率50HZ、功率范围为110～1400KW的H355-560变频调速电机中，就采用半成型绕组，生产了许多规格，并取得了良好效果。

参考文献

[1]Y.SHIBUYA，等．冲击电压及反复作用下绕组绝缘的恶化[J]．国外大电机，1995，（2）．

[2]李振宇，等．变频电动机的绝缘结构[J]．防爆电机，2002，（4）．

[3]胡文华．浅变频电机导线变损的原因[J]．防爆电机，2002，（2）．

变频电源范文第2篇

关键词：二次回路；漏电保护器；中性线N；保护接地；

1．问题的提出

VPSF变频串联谐振试验装置（以下简称试验装置）是普遍用于电力、冶金、石油、化工等行业110kV电缆、变压器、互感器等电气耐压的试验装置。VPSF变频串联谐振试验方法是根据串联谐振的原理[1]，通过改变试验回路的试验频率，使得回路的串联电抗器的电感L和试品的电容Ck发生串联谐振，谐振电压就是加在被试电气设备的电压。由于试验回路中试品上的大部分容性电流与电抗器上的感性电流相抵消，电源供给的能量仅为回路中消耗的有功功率，为试品容量的1/Q(Q为回路的品质因数)。因此试验装置的电源容量很小，使得装置本身的重量轻便。所以，装置的轻便性和实用性都是传统工频耐压装置所无法比拟的。

三相桥式连接变频器的作用是将三相主电源电压转换成为可调幅方波电压。通过主回路开关取得三相线电压传送到6脉冲转换器整流，然后提供给电容组。方波输出电压由转换桥以需要的输出频率产生，输出电压的有效值通过调整脉冲宽度实现无级可调。

试验装置控制系统是变频谐振系统的核心模块，包含了所有的电子及控制回路，它集中放在控制柜中，试验装置的操作屏在控制柜的上方，操作人员通过控制柜可以控制所有的功能及读取最新的测量值(电压、频率、电流)，以及显示系统的运行状态。所有的控制信号由微处理器产生，在它的控制下系统产生一个预设频率，或者自动将输出频率调整到谐振频率，以达到用小电流低电压来控制大电流高电压的目的。

由于控制系统需要220V的单相电源[2]，这就需要从三相线电压中抽出其中一相和中性线N组成一组电压，供给控制系统的微处理器和其他相关的二次回路工作电源及控制电源。而三相桥式连接变频器则仍然需要三相线电压，这种接线方式就会造成当试验装置的主电源合闸后，交流380V的其中一相电流会经过试验装置的二次回路及地流压器的中性线N，则在漏电保护器的内部回路中就表现为线路单相接地而动作漏电保护器分闸，从而造成VPSF变频试验装置无法工作。

所以在实际的接线过程中，试验人员往往会绕过漏电保护器接电，这种接线方式能够正常操作试验装置，但是却造成了试验装置设备和操作人员的安全隐患，比如：

（1）当输入的电源线或试验装置发生单相接地短路时，由于没有漏电保护器的保护而不会动作分闸，造成三相电压不平衡，使试验装置无法正常工作，长时间电源单相接地还可能会引起火灾等事故。

（2）如果在试验工作中发生人员单相触电事故，由于没有通过漏电保护器，只能靠空气开关、熔断器等保护电器动作分闸，而它们动作电流比漏电保护器大的多，动作有一定的延时，而不能可靠和迅速的切断，造成人员伤亡事故。

（3）如果输入电源是从临时的配电变压器引入，还可能会因为试验装置的接地点与配电变压器的接地点之间的接地电阻大而造成试验设备二次回路电压过低而无法正常启动。

2．漏电保护器动作原理[3]

为能说明这个问题，需要介绍一下漏电保护器的动作原理。下面就漏电保护器在供电系统中的工作原理。

图1是三相四线制供电系统的漏电保护器工作原理示意图。TA为零序电流互感器，QF为主开关，TQ为主开关的分励脱扣器线圈。在被保护电路工作正常，没有发生漏电或触电的情况下，由基尔霍夫定律可知，通过TA一次侧的电流相量和IΣ等于零，这使得TA铁芯中的磁通的相量和ФΣ也等于零。这样TA 的二次侧不产生感应电动势，漏电保护器不动作，系统保持正常供电。

                                  

当被保护电路发生漏电或有人触电时，由于漏电电流的存在，通过TA一次侧各相电流的相量和IΣ不再等于零，产生了漏电电流IX ，这使得TA铁心中的磁通相量和ФΣ也不再等于零，相应的产生了漏磁通ФX ，此时在铁心中也就出现了交变磁通。在交变磁通作用下，TQ二次侧线圈就会产生感应电动势，此漏电信号经中间环节进行处理和比较，当达到预定值时，使主开关分励脱扣器线圈TQ通电，驱动主开关QF自动跳闸，切断故障电路，从而实现保护。

3．VPSF变频试验装置输入电源改进方法

根据上述的VPSF变频试验装置的输入电源情况分析，最主要的问题在于220V单相电源的中性线N的接线方式，如果把交流380V三相电源接在漏电保护器的下桩头，中性线N直接接地，就会造成漏电保护器误动作。而把交流380V三相电源绕过漏电保护器接在闸刀的下桩头，虽然变频试验装置能够正常的工作，负荷电流过大或者发生相间短路也能正常切断输入电源，但是在输入电源或试验装置发生单相接地和人员发生触电事故的时候，都不能正常动作分闸，造成了设备和人身的事故隐患。所以试验装置的输入电源需要做一定的改进。

⑴要保证漏电保护器能够被接入输入电源的回路中，这就需要把中性线N与保护接地分开，把交流380V三相电源和中性线N都从漏电保护器下桩头接入到VPSF变频试验装置的电源侧，使整个220V单相回路不通过大地构成环流。这里还需要说明的就是中性线N相也必须保持和其他三相380V电源同等的对地绝缘水平，这是因为如果回路发生单相接地，根据变压器绕组Y型接法，其接地相的电压为零，其他两相的电压升为线电压，此时中性点会发生漂移，中性线N对地就会产生一定的电压，故中性线N也必须具备一定的绝缘。

⑵由于电源回路的中性线N与试验装置操作箱绝缘了，如果在试验过程中高压回路发生击穿，高电压串入到低压回路中，就会使试验装置外壳带电，危及试验人员的生命安全，所以还需要在试验装置操作箱外壳上安装直接接地点，把保护接地线直接接在这个接地点上。同时为了保持操作箱内的电位稳定和和保护电子元器件的安全，还必须将试验装置操作箱内部的接地点统一引到操作箱外壳上的接地点上接地。

通过以上的两点对VPSF变频试验装置的电源改进，使试验装置既能在正常的情况下安全的使用，也能在发生单相接地事故、相间短路事故等事故中可靠的切断电源。保证了工作人员的生命安全和设备的安全。

参考文献:

[1] 蔡翊涛。变频串联谐振试验方法的应用。《变压器》2005年第10期。

变频电源范文第3篇

风机、水泵等领域中交流电机传动的应用越来越广泛。常见的是鼠笼异步电动机

或绕线异步电动机，异步电动机传动需要调速，而变频调速是最理想的。传统的

变频调速系统中变频器容量与交流机容量相当或稍大，因此系统复杂而且投资

大，对电网谐波污染也大。无刷双馈电机是一种结构简单、坚固可靠、异同步通

用的电机，可在无刷情况下实现双馈。它具有功率因数可调、高效率的特点，可

应用于调速系统和变速恒频恒压发电系统中。本文以笼型转子型式的无刷双馈电

机为对象，对无刷双馈电机的运行原理、控制电路设计和控制方法等方面进行了

深入的研究。

关键词：无刷双馈电机控制电路变频

1 概述

在电气传动的发展过程中，根据在完成电能－机械能的转换过程中所用的执行部件－直流电动机或交流电动机的不同，通常将其分为直流电气传动和交流电气传动两大类[1]。

20世纪以来，在需要可逆、可调速与高性能的电气传动领域中，由于直流电动机与交流电动机相比较，它在技术上更容易满足生产中对电气传动在启动、制动、正反转以及调速精度、调速范围等静态特性和动态响应方面的高要求，所以直流电气传动系统在相当长的时间内占据统治地位。

但直流电机通过金属换向器换流，存在自身机械和电气方面的弱点，维护量大，且存在环流火花，在安全性能要求高的应用场合不能使用。随着电力电子技术和自动控制技术的迅速发展以及各种高性能电力电子元器件产品的出现，阻碍交流电动机迅速发展的一些因素相继被克服，在原直流电动机领先的一些性能上，如宽广的调速范围、较高的稳速精度、快速的动态响应和四象限运行等方面，交流电动机都能与直流电动机相媲美。又由于交流电动机本身具有结构简单、坚固耐用、经济可靠和惯性小等优点，可适用于直流电动机无法比拟的场合。因此，交流电动机在电气传动领域中占有越来越重要的地位，并己发展成机电一体化的电气传动技术。

在交流电动机中，笼型转子感应电机以其结构简单、价格低廉和运行可靠等众多优势在交流调速系统中得到了普遍使用。然而，由于笼型电机所需的变频驱动装置的容量要大于电机的额定功率，其价格是电机价格的二到三倍，特别是高压变频装置，价格更是电机的十几倍，因此限制了其在大容量范围内的推广应用。而同时通过对另一种绕线转子感应电机的研究，了解到它控制的是具有转差频率的转子电流，其功率仅为定制绕组输入功率的几分之一，在风机泵类负载中由于其调速范围通常只在70％－80％的额定功率之间[2]，因此，这种驱动系统只需要一个很小的功率转换器。但是由于电机本身是有刷结构，运行可靠性差，需要经常维护，特别是有些易燃易爆的应用场合不能使用。

那么，能不能找到一种新的方法，使调速系统既具有同步电动机调速系统功率因数可调的优点，又具有笼型异步电动机调速系统需要较少的维护的，并且控制简单的特点呢?为了解决这个技术难题，近几年来，许多国内外学者将目光投向无刷双馈电机(简称BDFM)。这种电机不仅具有笼型转子的简单结构，而且具有绕线式转子异步电机和同步电机的优良特性；既可同步又可异步运行，既可作为交流调速电机，又可作为变速恒频发电机，可以在无刷的情况下实现双馈电。无刷双馈电机在运行时所要求的变频器容量小，降低了系统的成本。作为发电机可实现变频恒速发电，特别适用于风力发电、变落差水力发电、潮汐发电等可再生能源的开发、利用，因此无刷双馈电机的应用越来越受注目，作为一种新型电机的研究也正在获得不断发展。

2 无刷双馈电机的国内外研究现状

无刷双馈电机是在20世纪初Hunt提出的自级联感应电机的基础上发展起来，后来的Creedy,特别是到了70年代Brodway等人在Hunt发明的电机结构基础上进行了较大改进，研究了实用的定转子绕组，简化了电机结构，拓宽了电机的应用范围，使该类电机具有同步电机的运行特性[3]。在近二十几年的时间中，美国Wisconsin大学、Ohio州立大学、Oregon州立大学等高等学校和科研机构对无刷双馈电机进行了较为系统和深入的研究。英国、日本和澳大利亚等国也在对该种电机进行研究。近年来，在英美等国，基本形成两大流派；其一是以A. Wallace教授和R. Spee教授为首的美国Oregon州立大学以及以Williamson教授为首的英国剑桥大学，他们重点研究笼型转子结构的无刷双馈电机(BDFM)；另一流派是以T. A. Lipo教授为首的Wisconsin大学和以L. Xu教授为首的Ohin州立大学，他们重点研究磁阻转子结构的双励磁磁阻电机[4]。他们对无刷双馈电机的转子结构各持己见，对两种转子结构的无刷双馈电机的分析方法有所差异，并且形成了两套不同的分析研究体系。

在无刷双馈电机的性能仿真研究领域，国内外学者做了许多工作。分别建立了同步和双馈运行的无刷双馈电机在d-q-0坐标系统中的数学模型和通用数学模型，并进行了仿真研究。可以看出，现有的无刷双馈电机的数学模型大多建立在d-q-0坐标系基础之上，虽然参数计算简单一些，但模型中的电压电流等状态变量与电机绕组中的实际电压电流不同，计算值需要通过坐标变换方可与测试值相比较，另外，其电压电流变量也不能与变频器电压电流变量直接耦合，给无刷双馈电机调速系统的仿真研究带来一定的困难。因而，上述数学模型不够直观，使用起来也不够方便。国内外学者研究给出的不同转子结构无刷双馈电机的数学模型，不仅形式各异，而且在仿真研究中大多忽略了电感参数脉动和谐波的影响，因此缺乏准确性。

虽然近二十年来，国内外许多学者对无刷双馈电机进行了分析的研究，取得了一些成果并发表了许多相关的论文，他们对该种电机的运行原理、分析方法和分析手段以及特性仿真等方而做了许多研究工作。但是无刷双馈电机的研制水平却略显滞后。就所查阅的有关文献来看，到目前为止，以美国 Orgon 州立大学Wallace教授为首的研究小组公布了一台5hp笼型转子无刷双馈电机样机的试验结果，并将一台45KW的实用样机应用于某废水处理厂。国内尚未见到无刷双馈电机样机的实验数据的有关报道和文献。因此，研制较大功率的无刷双馈电机的实验样机，并从理论和实验两方而来进行对比研究，对于推动该种电机的发展具有重要意义。 在国内对无刷双馈电机研究总体起步较晚，90年代以来，国内一些高等院校和科研机构对该种电机进行了研究，取得了一些成果，但总的来说，国内对无刷双馈电机的研究尚处于基础研究阶段，还未推广应用到实际生产中，因此，对该种电机的研究开发还有许多的工作要做。

3 无刷双馈电机的工作原理及特点

无刷双馈调速电机工作原理：定子绕组由2套极对数不等（）的三相对称绕组构成，分别称为功率绕组和控制绕组。它们可以是彼此独立的2套绕组组成，也可由1套三相绕组通过变极联结获得两种不同极数的三相对称绕组。

当功率绕组接入工频（）电源、控制绕组接入变频（）电源后(一般情况下)，由于两套定子绕组同时有电流流过，因此在气隙中产生两个不同极对数的磁场，这两个磁场通过转子的调制发生交叉耦合，构成了实现能量传递转换的基础。

可见无刷双馈电机可通过改变与控制绕组相连的变频器的输出来调节转速，能够实现无刷双馈电机的无级调速，其调速的范围与功率绕组和控制绕组的极对数及电源的输出频率有关。

与传统的交流电机相比，无刷双馈电机具有以下特点：

通过变频器的功率仅为电动机总功率的一小部分，可以大大降低变频器的容量，从而降低了调速系统的成本；

由于变频器容量的减少，使得因变频器中的开关元件而产生的谐波减少，从而有益于电网的安全和经济运行，也有利于电机的运行；

功率因数可调，可以提高调速系统的力能指标；

与有刷双馈和串调系统相比，取消了电刷和滑环，提高了系统运行的可靠性；

即使在变频器发生故障的情况下，电动机仍然可以运行于感应电动机状态下；

电机的运行转速仅与功率绕组和控制绕组的频率及其相序有关，而与负载转矩无关，因此电机具有硬的机械特性；

可方便的实现多种运行方式。通过改变定子控制绕组的供电方式，同一台电机既可作同步电机使用，也可作异步电机使用。

无刷双馈电机作为交流励磁发电机，可以实现变速恒频恒压运行，特别适合于多极低速水力或风力发电系统。在对无刷双馈电机的研究取得重大进展和突破之后，将其用于抽水蓄能电站机组以取代绕线式感应电机，从而提高电机的运行可靠性，也是无刷双馈电机一个很有发展前景的应用领域。对该种电机的研究和开发可望有效解决制约传统交流电机及其调速系统发展的某些关键技术问题，以及水力、风力发电系统的恒频变速问题。

4无刷双馈电机的控制策略的探讨

交流电气传动系统有两种比较成熟的控制方法:矢量控制(VC)和直接转矩控制(DTC)。矢量控制是德国的研究人员在二十多年前提出的，现在己经比较成熟，并已广泛应用，很多生产厂商都推出了他们的矢量控制交流传动产品，最近又大量推出了无速度传感器的矢量控制产品。尽管在高性能驱动产品中使用AI技术会极大地提高产品的性能，可是到目前为止只有两个厂家在他们的产品中使用了人工智能(AI)控制器；直接转矩控制是大约在十五年前由德国和日本的研究人员提出的，在过去十年中得到大量的研究，现在ABB公司已向市场推出了直接转矩控制的传动产品，使得人们对直接转矩控制的研究兴趣增加，将来在直接转矩控制中将会用到人工智能技术，并将完全地不需要常规的电机数学模型了。但是这两种相对成熟的控制方法以及最近出现的瞬时功率控制方法一般运用于普通的感应电机，对新型、特殊电机的运用实例还很少见。

由于对无刷双馈电机的理论研究的不成熟和电力电子技术和器件的限制，早期的无刷双馈电机都只是对电机本体进行研究，很少涉及到电机的闭环控制。70年代Hunt发明的电机，也没有涉及到电机的速度和功率因数的控制，仅对无刷双馈电机的开环性能进行了研究。

80年代末90年代初，无刷双馈电机动态数学模型和两轴数学模型的建立，为无刷双馈电机的动态仿真和控制性能的优化提供了坚实的基础。各种控制方法被应用于无刷双馈电机，如标量控制、磁场定向控制、直接转矩控制、模型参数自适应控制等等。而电力电子器件和微处理器的发展，如IGBT, 80C196,DSP等，又进一步促进了无刷双馈电机的发展。目前，国外都在研究及开发无刷双馈电机调速系统，在美国、德国、俄罗斯等国已有成功经验，效果很好，并已在工业电力传动和恒频恒压发电领域应用。如前苏联系列化生产315 - 2000Kw的双馈电机调速系统；日立公司在90年代初研制容量高达 395Kw的双馈发电机系统，并已在抽水蓄能电站投入使用；西门子公司生产了500～5000Kw系列恒频恒压双馈发电机系统。

随着智能控制技术的成熟，以及实现智能控制的器件的进一步发展，智能控制技术运用于电气传动的趋势越来越明显。将智能控制技术运用于电机控制系统是电机控制系统发展的方向。目前，国内外学者对这一新技术正进行着广泛深入的研究，但是将智能控制技术应用于无刷双馈电机的科研文献几乎没有。无刷双馈电机尽管有其独特的优点(如总成本较低、功率因数可调、在变频器发生故障时电动机仍可运行于感应电动机状态等等)，但也有一些其特有的问题(如谐波较大、控制方法比较复杂等)。如何将比较成熟的智能控制技术运用于无刷双馈电机上，充分发挥无刷双馈电机的优势，尽量避免其固有的弱点，是无刷双馈电机进一步研究的重点，也是无刷双馈电机调速系统的发展方向。

无刷双馈电机在双馈运行模式下的调速原理在绪论无刷双馈电机的原理中己有介绍，稳态时其转速表达式为:

（5-1）

由式（5-1）描述的转速和频率关系可以清楚的看出，BDFM在这种运行模式下转速与频率、极对数的关系呈同步电机特征，即在理想状态，、和确定的情况下，可以认为给定一个控制绕组电源的输入频率，就对应有一个电机转速n。若在-50Hz到+50Hz范围内变化，则转速n应在全速范围内跟随变化，从而使得电机有一个宽广的转速调节范围。

以下是对无刷双馈电机开环运行的问题和各种控制策略的分析[5][6]。

无刷双馈电机的开环运行的效果都不是很好，主要存在着以下的几个问题:

谐波含量大。因为无刷双馈电机是通过改变变频器的电压和频率来进行调速的，电机的电流等参数的谐波含量大，特别是在电机的运行状态改变的瞬间电磁转矩、转速波动较大。

电机的损耗大，因为变频器输出的电流存在丰富的谐波分量，所以无刷双馈电机的损耗就比一般的异步电机要大。

单馈运行时存在着“转换转矩”点，在此转换转矩附近电机的特性性质不一样。当负载转矩小于“转换转矩”，电机相当于极普通异步电机；当负载转矩大于“转换转矩”时电机就相当于极普通的异步电机。实际应用中，如果电机的负载转矩恰好在这个转换转矩附近变动，则电机运行不稳定，易造成事故。

开环运行，不能有效地发挥无刷双馈电机的优势。无刷双馈电机通过适当地调节变频器输出压频比和功率绕组或控制绕组电压的相位差来调节输入电机的无功分量来调节功率绕组的功率因数。开环运行于一定的功率因数时，所对应的变频器的电压和相位差计算量大，实际逐步可能得到精确的结果，因此不能有效地控制电机的功率因数。

无刷双馈电机的结构复杂，发热量较普通异步电机大。电机的参数如电阻等易受外界的影响而改变，参数的变化和测定的正确与否直接影响控制的成功实现。

5结论与展望

无刷双馈电机是在级联电机的基础上，结合电机设计技术和控制策略实现的一种新型电机。它具有简单牢固的无刷电机结构、可调节的功率因数、可回馈使用的转子转差功率、小容量的调速控制装置以及多种运行模式等特点，在变频调速和变速恒频发电领域具有重大研究价值和实际应用意义，得到国内外研究者的日益重视。

本文在参考许多资料的基础上，通过对无刷双馈电机的特点的了解，从而对无刷双馈电机的控制策略进行了研究，并对其控制系统进行了硬件上的设计和分析。具体一些工作内容大致如下：

对于无刷双馈电机有了一个明确的概念，分析和研究了无刷双馈电机结构特点及工作原理，了解了无刷双馈电机的运行特性，并对其闭环控制策略进行了研究。

对无刷双馈电机用的交流变频电源从理论上进行了详细的分析，主要工作是对其主电路的硬件电路、控制电路进行了透彻的分析、研究和设计。

变频电源范文第4篇

关键词：变频器 过电压故障 原因 对策

一、变频器过电压的危害

变频器过电压主要是指其中间直流回路过电压，中间直流回路过电压主要危害在于：（1）引起电动机磁路饱和。对于电动机来说，电压主过高必然使电机铁芯磁通增加，可能导致磁路饱和，励磁电流过大，从面引起电机温升过高；（2）损害电动机绝缘。中间直流回路电压升高后，变频器输出电压的脉冲幅度过大，对电机绝缘寿命有很大的影响；（3）对中间直流回路滤波电容器寿命有直接影响，严重时会引起电容器爆裂。因而变频器厂家一般将中间直流回路过电压值限定在DC800V左右，一旦其电压超过限定值，变频器将按限定要求跳闸保护。

二、产生变频器过电压的原因

1.过电压的原因

一般能引起中间直流回路过电压的原因主要来自以下两个方面：

（1）来自电源输入侧的过电压

通常情况下的电源电压为380V,允许误差为-5%-+10%,经三相桥式全波整流后中间直流的峰值为591V,个别情况下电源线电压达到450V,其峰值电压也只有636V,并不算很高，一般电源电压不会使变频器因过电压跳闸。电源输入侧的过电压主要是指电源侧的冲击过电压，如雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压等，主要特点是电压变化率dv/dt和幅值都很大。

（2）来自负载侧的过电压

主要是指由于某种原因使电动机处于再生发电状态时，即电机处于实际转速比变频频率决定的同步转速高的状态，负载的传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的6个续流二极管回馈到变频器的中间直流回路中。此时的逆变器处于整流状态，如果变频器中没采取消耗这些能量的措施，这些能量将会导致中间直流回路的电容器的电压上升。达到限值即行跳闸。

2.从变频器负载侧可能引起过电压的情况及主要原因

从变频器负载侧可能引起过电压的情况及主要原因如下：

（1）变频器减速时间参数设定相对较小及未使用变频器减速过电压自处理功能。当变频器拖动大惯性负载时，其减速时间设定的比较小，在减速过程中，变频器输出频率下降的速度比较快，而负载惯性比较大，靠本身阻力减速比较慢，使负载拖动电动机的转速比变频器输出的频率所对应的转速还要高，电动机处于发电状态，而变频器没有能量处理单元或其作用有限，因而导致变频器中间直流回路电压升高，超出保护值，就会出现过电压跳闸故障。

大多数变频器为了避免跳闸，专门设置了减速过电压的自处理功能，如果在减速过程中，直流电压超过了设定的电压上限值，变频器的输出频率将不再下降，暂缓减速，待直流电压下降到设定值以下后再继续减速。如果减速时间设定不合适，又没有利用减速过电压的自处理功能，就可能出现此类故障。

（2）工艺要求在限定时间内减速至规定频率或停止运行。工艺流程限定了负载的减速时间，合理设定相关参数也不能减缓这一故障，系统也没有采取处理多余能量的措施，必然会引发过压跳闸故障。

（3）当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将处于再生发电制动状态。位能负载下降过快，过多回馈能量超过中间直流回路及其能量处理单元的承受能力，过电压故障也会发生。

（4）变频器负载突降。变频器负载突降会使负载的转速明显上升，使负载电机进入再生发电状态，从负载侧向变频器中间直流回路回馈能量，短时间内能量的集中回馈，可能会中间直流回路及其能量处理单元的承受能力引发过电压故障。

（5）多个电机拖动同一个负载时，也可能出现这一故障，主要由于没有负荷分配引起的。以两台电动机拖动一个负载为例，当一台电动机的实际转速大于另一台电动机的同步转速时，则转速高的电动机相当于原动机，转速低的处于发电状态，引起了过电压故障。处理时需加负荷分配控制。可以把变频器输出特性曲线调节的软一些。

（6）变频器中间直流回路电容容量下降

变频器在运行多年后，中间直流回路电容容量下降将不可避免，中间直流回路对直流电压的调节程度减弱，在工艺状况和设定参数未曾改变的情况下，发生变频器过电压跳闸几率会增大，这时需要对中间直流回路电容器容量下降情况进行检查。

三、过电压故障处理对策

对于过电压故障的处理，关键一是中间直流回路多余能量如何及时处理；二是如何避免或减少多余能量向中间直流回路馈送，使其过电压的程度限定在允许的限值之内。下面是主要的对策。

1.在电源输入侧增加吸收装置，减少过电压因素

对于电源输入侧有冲击过电压、雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压可能发生的情况下，可以采用在输入侧并联浪涌吸收装置或串联电抗器等方法加以解决。

2.从变频器已设定的参数中寻找解决办法

在变频器可设定的参数中主要有两点：是减速时间参数和变频器减速过电压自处理功能。在工艺流程中如不限定负载减速时间时，变频器减速时间参数的设定不要太短，而使得负载动能释放的太快，该参数的设定要以不引起中间回路过电压为限，特别要注意负载惯性较大时该参数的设定。如果工艺流程对负载减速时间有限制，而在限定时间内变频器出现过电压跳闸现象，就要设定变频器失速自整定功能或先设定变频器不过压情况下可减至的频率值，暂缓后减速至零，减缓频率减少的速度。

3.通过控制系统功能优势解决变频器过电压问题

在很多工艺流程中，变频器的减速和负载的突降是受控制系统支配的，可以利用控制系统的一些功能，在变频器的减速和负载的突降前进行控制，减少过多的能量馈入变频器中间直流回路。如对于规律性减速过电压故障，可将变频器输入侧的不可控整流桥换成半可控或全控整流桥，在减速前将中间直流电压控制在允许的较低值，相对加大中间直流回路承受馈入能量的能力，避免产生过电压故障。而对于规律性负载突降过电压故障，可利用控制系统如SIEMENS的PLC系统的控制功能，在负载突降前，将变频器的频率作适当提升，减少负载侧过多的能量馈入中间直流回路，以减少其引起的过电压故障。

4.采用增加泄放电阻的方法

一般小于7.5kW的变频器在出厂时内部中间直流回路均装有控制单元和泄放电阻，大于7.5kW的变频器需根据实际情况外加控制单元和泄放电阻，为中间直流回路多余能量释放提供通道，是一种常用的泄放能量的方法。其不足之处是能耗高，可能出现频繁投切或长时间投运，致使电阻温度升高、设备损坏。

5.在输入侧增加逆变电路的方法

处理变频器中间直流回路能量最好的方法就是在输入侧增加逆变电路，可以将多余的能量回馈给电网。但逆变桥价格昂贵，技术要求复杂，不是较经济的方法。这样在实际中就限制了它的应用，只有在较高级的场合才使用。

6.采用在中间直流回路上增加适当电容的方法中间直流回路电容对其电压稳定、提高回路承受过电压的能力起着非常重要的作用。适当增大回路的电容量或及时更换运行时间过长且容量下降的电容器是解决变频器过电压的有效方法。这里还包括在设计阶段选用较大容量的变频器的方法，是以增大变频器容量的方法来换取过电压能力的提高。

7.在条件允许的情况下适当降低工频电源电压

目前变频器电源侧一般采用不可控整流桥，电源电压高，中间直流回路电压也高，电源电压为380V、400V、450V时，直流回路电压分别为537V、565V、636V.有的变频器距离变压器很近，变频器输入电压高达400V以上，对变频器中间直流回路承受过电压能力影响很大，在这种情况下，如果条件允许可以将变压器的分接开关放置在低压档，通过适当降低电源电压的方式，达到相对提高变频器过电压能力的目的。

8.多台变频器共用直流母线的方法

变频电源范文第5篇

关键词:起重机；变频调速；控制原理

中图分类号： TH2 文献标识码： A

引言

起重机作为一种重要的起重运输机械，在工业生产中得到了广泛的应用。对于起重机起升机构的控制，往往要求从控制精度、速度以及防摆等方面进行综合考虑。变频调速以其优异的调速和启、制动性能，高效率、高功率因数和节能效果，广泛的适用范围及其他许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式，是当今节能、改善工艺流程、提高产品质量、推动技术进步的一种主要手段。变频调速系统在起重机上的应用有着广阔的前景。

1、变频调速在起重机中的应用

变频器变频的控制主要现有恒压/频比、磁通矢量和直接转矩(DTC)三种，在起重机变频调速电控系统中，起升机构通常选用高性能磁通矢量控制开环或闭环变频调速力一案，平移机构通常选用压/频比协调控制的开环或闭环变频调速力一案。变频调速电控设备由核心部件变频器和它的可选件如电源进线开关、线路接触器、辅助开关、辅助继电器等组成。

2、变频调速在起重机中的应用

起重机变频调速一般用在起升、大小车运行、回转、变幅、抓斗开闭等机构中，由变频电机、变频器、控制器件及线路保护开关等组成。为了防止变频器对外界的干扰和提高电机控制的精度，加入变频器制动单元、制动电阻以及滤波器等。还在起升机构的变频电机内配备有光电旋转编码器，以提高调速精度和响应速度。同时控制器件采用PLC与继电器相结合，提高控制系统可靠性。

起重机变频调速系统由主令控制器或电位器作为输入给定，通过变频调频调速电控设备、荷重测控仪、限位开关、制动器等配合使用，控制起重机起升和平移机构的交流变频异步电动机起制动、顺逆运转与速度调节。可实现零速抱闸，对制动器无磨损;任意低的就位速度，可用于精确吊装;速度的平滑过渡，对机构和结构件无冲击，提高运行安全性;极低的起动电流，减轻用户电网扩容的负担;较宽的调速范围，可提高工作效率;节能的调速方式，减少系统运行能耗等要求。

2.1、变频调速的缺点

起重机变频调速的缺点主要体现在变频调速控制系统的电磁兼容性的一面，即变频调速系统易对机上其它电气设备产生干扰也易受到外界干扰。变频器的主电路一般为交一直一交组成，整流电路和逆变电路中主要使用半导体开关器件，其输入输出的电压和电流中除了基波成分外还含有一定的高次谐波，会干扰供电系统、负载及其它邻近的电气设备，严重时会使电气设备不能正常工作甚至误动作，会降低起重机整机的可靠性，危及设备和人身安全。变频调速系统电子元器件多，控制信号是弱电信号，容易受到外界干扰，引起变频器及控制系统误动作。

2.2、重视技术资料的收集整理运用

由于变频调速起重机的技术含量较高，对于大多数铁路装卸部门来说，是一个全新的课题，因此必须十分重视技术资料的收集整理运用，如使用说明书，用户手册，操作培训手册，电气原理图，电气布线图等。经常要记录变频器及电机的运行数据，包括变频器输出频率，输出电流，输出电压，变频器内部直流电压，散热器温度等数，与合理数据对照比较，以利于早日发现故障隐患。

2.3、防溜钩技术

即满负载时在空中制动停车或再提升时不产生溜钩现象。在重物开始升降或停止时要求制动器和电动机之间的动作必须紧密配合，因为制动器从抱紧到松开，以及从松开到抱紧的动作过程需要一定的时间，而电动机转矩的产生或消失是在通电或断电瞬间就立刻做出反应。变频器具有零速全转矩功能，可有效地防止溜钩，其原理是变频器在速度为0的状态下，能保持电动机有足够大的转矩且不需要速度反馈，这就保证了当吊钩由升降状态降速为0时电机能使重物在空中停止，直到电磁制动器将轴抱住为止，从而防止了溜钩。

根据重物提升、轻载(或空钩) 、重物下降运行特点的不同，提升电动机的机械特性分别在 4个象限运行。重物提升时，电动机产生正向电磁转矩。电动机的旋转方向与电磁转矩方向相同，处于电动机状态，其机械特性在第Ⅰ象限，如图 1 中曲线①，减速时电机工作点在第Ⅱ象限的曲线②上，速度下降到位后再运行在第Ⅰ象限的曲线②上。轻载( 或空钩) 下降时，电动机反向运行，电动机的电磁转矩和转速都是负的，故机械特性曲线在第Ⅲ象限，如图1 中的曲线③，减速时电机工作点在第Ⅲ象限的曲线③上，速度下降到位后再运行在第Ⅲ象限的曲线④上。重载下降时，重物具有因自身的重力而下降的能力，从而使电动机的旋转速度超过了同步转速，而进入再生制动状态电动机的旋转方向是反转 (下降) 的，但其转矩的方向却与旋转方向相反，是正向的，其机械特性如图 1 中曲线⑤，工作点在第Ⅳ象限时，电动机的作用是防止重物由于重力加速度的原因而不断加速，以达到使重物匀速下降的目的。在这种情况下，摩擦转矩将阻碍重物下降，故重物在下降时构成的负载转矩比上升时小。

图1 提升变频器四象限运行特性图

主起提升装置的溜钩现象经常发生在电动机运行状态之间的切换点上以及变频器的硬件故障中。

2.4、再生制动能量处理技术

即电机减速或重载下放时再生制动能量必须迅速释放。对再生制动能量的处理有2种方式:一种是用制动单元和制动电阻来吸收;另一种是通过在直流侧设置公共母线的逆变桥使之回馈到电网。采用能耗电阻的方式，在制动单元和制动电阻的选择上应考虑到起升机构属位能性负载特性，不能使用制造厂商推荐的制动单元和制动电阻的容量，必须增大制动单元和制动电阻的容量，电阻的阻值决定着制动电流，也就决定着制动时间的长短。起重机变频调速系统中长时间的制动转矩特性决定需要考虑的并不是它的阻值，而是它的功率，即在设计中把制动电阻的功率增加一倍，以保证再生制动能量的迅速释放。

2.5、变频再起升中应用

变频调速系统的功能参数设定完后,就可进行系统试运行。应先在变频器操作盘上进行速度给定,手动起动变频器,让起升电动机空载运转一段时间,并且这种试运行可以在5,10,15,20,25,35,50Hz等几个频率点进行,注意观察电动机的运转方向是否正确,转速是否平稳,显示数据是否正确,温升是否正常,加减速是否平滑等。单台变频器试运行正确后,再接入脉冲编码器模块进行速度闭环调试,试运行起升机构变频调速系统。

起升变频器手动运行无误后,就可接入PLC控制系统,进行整机联调。整机联调中,关键要注意观察变频器起动与停止时,主起升机械制动器的开闭反应是否快速,钩头是否存在溜钩现象等。其次还要注意观察钩头在下降过程中,制动单元和制动电阻投运后,其温升是否正常。在重物下放过程中,重物的势能会释放出来,此时电动机将工作在反向发电状态。在钩头下降过程中,电动机通过逆变桥向变频器中间直流回路充电,当直流回路的电压高于变频器系统设定值时,变频器控制斩波器接通,进而使制动电阻投入工作,以消耗变频器中间直流回路多余的电能,确保变频器中间直流回路电压稳定在一个特定电压范围内。

2.6、做好变频器保养工作

保养时，务必切断电源，电源切断后，不能立即接触端子，否则有触电危险。每台变频器每季度要清灰保养1次。保养要清除变频器内部和风路内的积灰，脏物，将变频器表面擦拭干净;变频器的表面要保持清洁光亮;在保养的同时要仔细检查变频器，查看变频器内有无发热变色部位，电阻有无开裂现象，电解电容有无膨胀诵液防爆孔突出等现象，有没有发热烧黄部位。要定时清扫电路板及散热器上的尘埃，否则当停机几天后，粘在电路板上的尘埃返潮，当再次送电后变频器电路板就最容易打火而损坏。注意检查更换风扇，当风扇有响声就要及时更换。注意检查防雷装置，防治变频器被雷击，导致损失加重。要了解周边地区变频器维修是否方便.有无维修服务及配件中心，并和其建立业务联系。

3、结语

随着电力电子技术和控制理论的高速发展，交流电机变频调速技术取得了突破性的进展。在我国，对能源的有效利用已经非常迫切。作为能源消耗大户之一的电机在节能方面是大有潜力可挖的。起重机的控制策略从经典控制到现代控制，又发展到智能控制，起重机的防冲击等性能得到了有效提高。未来的控制策略有一定的有效性，能够适应起升钢丝绳长度的变化和载荷质量大范围的变化。

参考文献

[1]邓肖粤,汪雄海.桥式起重机变频调速及PLC控制的设计[J].机电工程,2006,09:25-27.