變頻器的工作原理與應(yīng)用

1、中國石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目： 變頻器的工作原理與應(yīng)用 學(xué)習中心： 中原油田培訓(xùn)中心 年級專業(yè)： 06春網(wǎng)電氣工程及自動化 學(xué)生姓名： 胡旻雋 學(xué) 號： 0681404003 指導(dǎo)教師： 張榮梅 職 稱： 高級講師 導(dǎo)師單位： 中原油田培訓(xùn)中心 中國石油大學(xué)（華東）遠程與繼續(xù)教育學(xué)院論文完成時間： 2007 年 11 月 10 日摘 要變頻器的發(fā)展十分迅速,應(yīng)用日漸廣泛。利用變頻器驅(qū)動異步電動機調(diào)速作用越來越大,應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,市場極大。隨著變頻調(diào)速技術(shù)及電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻器的性能和功能不斷提高和充實，應(yīng)用在生產(chǎn)機械和設(shè)備上基本上達到較好的目的，收到了相

2、應(yīng)理想效益。隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，以及計算機控制控制的應(yīng)用，交流電機變頻調(diào)速技術(shù)日益成熟，交流調(diào)速正逐步取代原有的直流調(diào)速。變頻調(diào)速技術(shù)以其卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果在各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，為節(jié)能降耗、改善控制性能、提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量提供了重要手段。矢量控制是其中一種高性能的交流電動機傳動控制策略，它在當今工業(yè)生產(chǎn)中得到了普遍應(yīng)用。矢量控制技術(shù)解決了交流電機解耦與轉(zhuǎn)矩控制問題，使交流電動機達到了直流電機的控制效果。本文介紹了變頻調(diào)速系統(tǒng)，數(shù)據(jù)計算、產(chǎn)品選型原則和不部分應(yīng)用，最后指出了變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：變頻器的工作原理；變頻調(diào)速技術(shù)；矢量控制技術(shù)； 前言近10

3、年來，隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動技術(shù)面臨著一場歷史革命即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計算機控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)并以成為發(fā)展趨勢。電機交流變頻技術(shù)是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種主要手段。變頻調(diào)速技以其優(yōu)良的調(diào)速和起制動性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的應(yīng)用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為是最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。我國是一個發(fā)展中國家，許多產(chǎn)品的科研開發(fā)能力落后于發(fā)達國家。自今自行開發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品大體相當于國際上80年代的產(chǎn)品，隨著改革開放、經(jīng)濟高速發(fā)展，形成了一個巨大的市場，很多最先進的產(chǎn)品從發(fā)達國家進口，在

4、我國運行良好，滿足了我國生產(chǎn)和生活的需要。國內(nèi)許多合資公司生產(chǎn)當今國際上先進的產(chǎn)品，國內(nèi)的成套部門在自行設(shè)計制造的成套裝置中采用外國進口公司和合資企業(yè)的先進設(shè)備，自己開發(fā)應(yīng)用軟件，能為國內(nèi)外重大項目提供一流的電氣傳動控制系統(tǒng)。雖然取得很大成績，但應(yīng)看到由于國內(nèi)外自行開發(fā)、產(chǎn)生產(chǎn)品的能力弱，對國外公司的依賴性嚴重。從總體上看，我國電氣傳動的技術(shù)水平較國際先進水平差距1015年。在大功率交交、交直交、無換向器電機等變頻技術(shù)方面，國內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造，但在數(shù)字化及系統(tǒng)可靠性方面與國外還有相當大的差距。在中小功率變頻技術(shù)方面，國內(nèi)幾乎所有的產(chǎn)品都是普通的V/f控制，品種與質(zhì)量還不能滿足市場的

5、需要，每年需要大量進口。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容量達30KW的電氣傳動設(shè)備用于船舶推進系統(tǒng)。在大功率無換向器電機變頻調(diào)速技術(shù)方面，意大利ABB公司提供了單機容量為60KW的設(shè)備用于抽水儲能電站。在中功率變頻調(diào)速技術(shù)方面，德國西門子Simovert A電流型晶閘管變頻調(diào)速設(shè)備單機容量為10-2600KVA和Simovert PGTO PWM變頻調(diào)速設(shè)備單機容量為100-900KVA，其控制系統(tǒng)以實現(xiàn)全數(shù)字化。國外交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展有以下特點：（1）市場的大量需求。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高和能源全球性短缺，變頻器越來越廣泛的用于機械、紡織、造紙

6、、冶金、食品等各個行業(yè)以及風機、水泵等節(jié)能場合，并取得顯著的經(jīng)濟效益。（2）功率器件的發(fā)展。近年來高電壓、大電流的SCR、GTO、IGBT等器件的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使高電壓、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實。（3）控制理論和微電子技術(shù)的發(fā)展。矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制等新的控制理論為高性能的變頻器提供了理論基礎(chǔ)；16位、32位高速度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，為實現(xiàn)變頻調(diào)速高精度、多功能化提供了硬件手段。第一章 變頻調(diào)速原理1.1 設(shè)計依據(jù)1 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

7、電能控制裝置。先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。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。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、 直流儲能和緩沖無功功率。由電機學(xué)可知，異步電動機的電勢方程為 （1-1）式中，為電機線圈的總串聯(lián)匝數(shù)，為電機繞組的繞組系數(shù)。當此電勢較高時，忽略定子電壓，有 （1-2）式中為電勢常數(shù)。電機調(diào)速時，一個重要的因素是保持每極磁通量為額定值不變。磁通如果太弱，沒有充分利用電機的鐵心，是一種浪費；若要增大磁通，又會

8、使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴重時會因為繞組過熱而損壞電機。可知，只要控制好和便可達到控制的目的，對此應(yīng)考慮基頻以上和基頻以下兩種情況。將基頻以上和基頻以下兩種情況結(jié)合起來，可得下圖所示的變頻調(diào)速控制特性。帶定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制特性示于下圖中的b線，無補償?shù)目刂铺匦詣t為a線。圖1-1 異步電動機變頻調(diào)速控制特性在基頻以下屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，而在基頻以上基本上屬于恒功率調(diào)速。因此在變頻調(diào)速情況下，交流電機調(diào)速范圍可顯著擴大。1 轉(zhuǎn)差頻率控制根據(jù)電機拖動原理，任何電力拖動自動控制系統(tǒng)都服從于基本運動方程式 (1-3) 當電機穩(wěn)態(tài)運行時轉(zhuǎn)矩,在s值很小的穩(wěn)態(tài)運行范圍內(nèi)，如果能夠保持氣隙磁通

9、不變，異步電機的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率成正比。這就是說，在異步電機中控制，就和直流電機中控制電流一樣，能夠達到間接控制轉(zhuǎn)矩的目的?？刂妻D(zhuǎn)差頻率就代表控制轉(zhuǎn)矩,這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念。1 矢量控制原理以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準則，在三相坐標系上的定子交流電流、，通過三相/兩相變換可以等效成兩相靜止坐標系上的交流電流、，再通過同步旋轉(zhuǎn)變換，可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系上的直流電流和。異步電機經(jīng)過坐標變換可以等效成直流電機，那么，模仿直流電機的控制策略，得到直流電機的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標反變換，就能夠控制異步電機了。由于進行坐標變換的是電流（代表磁動勢）的空間矢量，所以這樣通過坐標變換實現(xiàn)的控制

10、系統(tǒng)就叫做矢量控制系統(tǒng)（Vector Control System），控制系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。圖1-2 矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖1.2 實現(xiàn)方案及選擇1 轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)圖1-3 轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖1.1 工作原理（1）頻率控制:轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出信號是轉(zhuǎn)差頻率給定，與實測轉(zhuǎn)速信號相加，即得定子頻率給定信號，即 （2）電壓控制:由和定子電流反饋信號從微機存儲的函數(shù)中查得定子電壓給定信號，用和 控制PWM電壓型逆變器，即得異步電機調(diào)速所需的變壓變頻電源。1.2 優(yōu)點與不足轉(zhuǎn)差角頻率與實測轉(zhuǎn)速信號相加后得到定子頻率輸入信號 這一關(guān)系是

11、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)突出的特點或優(yōu)點。它表明，在調(diào)速過程中，實際頻率隨著實際轉(zhuǎn)速同步地上升或下降，有如水漲而船高，因此加、減速平滑而且穩(wěn)定。同時，由于在動態(tài)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，系統(tǒng)能用對應(yīng)于的限幅轉(zhuǎn)矩進行控制，保證了在允許條件下的快速性。由此可見，轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠象直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)那樣具有較好的靜、動態(tài)性能，是一個比較優(yōu)越的控制策略，結(jié)構(gòu)也不算復(fù)雜。然而，它的靜、動態(tài)性能還不能完全達到直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平，存在差距的原因有以下幾個方面：（1）在分析轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律時，是從異步電機穩(wěn)態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)的，所謂的“保持磁通恒定”的結(jié)論也只在穩(wěn)態(tài)情況

12、下才能成立。在動態(tài)中如何變化還沒有深入研究，但肯定不會恒定，這不得不影響系統(tǒng)的實際動態(tài)性能。（2）函數(shù)關(guān)系中只抓住了定子電流的幅值，沒有控制到電流的相位，而在動態(tài)中電流的相位也是影響轉(zhuǎn)矩變化的因素。（3）在頻率控制環(huán)節(jié)中，取，使頻率得以與轉(zhuǎn)速同步升降，這本是轉(zhuǎn)差頻率控制的優(yōu)點。然而，如果轉(zhuǎn)速檢測信號不準確或存在干擾，也就會直接給頻率造成誤差，因為所有這些偏差和干擾都以正反饋的形式毫無衰減地傳遞到頻率控制信號上來了。因此如果遇到軋鋼機、數(shù)控機床、機器人、載客電梯等需要高動態(tài)性能的調(diào)速系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)，就不能完全適應(yīng)了。要實現(xiàn)高動態(tài)性能的系統(tǒng)，必須從異步電機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型出發(fā)。1 帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速磁

13、鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)圖1-4 帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)1.1 工作原理（1）轉(zhuǎn)速正、反向和弱磁升速。（2）磁鏈給定信號由函數(shù)發(fā)生程序獲得。（3）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出作為轉(zhuǎn)矩給定信號，弱磁時它還受到磁鏈給定信號的控制。（4）在轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)中，磁鏈對控制對象的影響相當于一種擾動作用，因而受到轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的抑制，從而改造了轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)，使它少受磁鏈變化的影響。1.2 優(yōu)點與不足采用這種直接矢量控制方式,具有動態(tài)性能好,調(diào)速范圍寬的優(yōu)點,已在實踐中獲得普遍的應(yīng)用。動態(tài)性能受電機參數(shù)變化的影響是起主要不足之處為了解決這個問題,在參數(shù)識別和自適應(yīng)控制等方面都做過許多研究工作,獲得了不少的成果,但迄今尚

14、未得到實際應(yīng)用。近年來,嘗試了用智能控制的方法來提高控制系統(tǒng)魯棒性,有很好的應(yīng)用前景。1.3 本次的設(shè)計方案原理框圖綜合比較上述兩種方案，方案二在靜態(tài)和動態(tài)都具有很好的表現(xiàn)能力,因此選擇方案二。在選定方案后將其硬件電路用如下方框圖主電路由二極管、CHBPWM逆變器和中間直流電路三部分組成，采用大電容和濾波，同時兼有無功功率轉(zhuǎn)換的作用。為了避免大電容在合上電源開關(guān)后通電的瞬間產(chǎn)生過大的充電電流，在整流器和濾波電容間的直流回路上串入限流電阻，剛通上電流時，由限制充電電流，然后延時用開關(guān)將短路，以免長期接入時影響變頻器的正常工作，并產(chǎn)生附加損耗。由于二極管整流器不能為異步電機的再生制動提供反向電流的

15、通路，所以除特殊情況外，通用變頻器一般都用電阻吸收制動能量。減速制動時，異步電機進入發(fā)電狀態(tài)，首先通過逆變器的續(xù)流二極管向電容C充電，當中間直流回路的電壓（通稱泵升電壓）升高到一定的限制值時，通過泵升限制電路使開關(guān)器件導(dǎo)通，將電機釋放的動能消耗在制動電阻上。為了便于散熱，制動電阻器常作為附件單獨裝在變頻器機箱外邊。各種故障的保護由電壓、電流、等檢測信號經(jīng)信號處理電路進行分壓、光電隔離、濾波、放大等綜合處理，再進入A/D轉(zhuǎn)換器，輸入給CPU作為控制算法的依據(jù)。圖1-5 原理框圖第二章 主回路設(shè)計本系統(tǒng)電動機參數(shù)：2.1 變頻器的選擇變頻器的重要任務(wù)就是把恒壓恒頻（constant voltage

16、 constant frequency，CVCF）的交流電轉(zhuǎn)換為變壓變頻（variable voltage frequency，VVVF）的交流電，以滿足交流電動機調(diào)速的需要。2 變頻器類型按直流測電源性質(zhì)分有：電壓源型變頻器和電流源型變頻器。變頻器的負載通常是交流電動機，由于功率因數(shù)的關(guān)系，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間總存在無功功率的交換。由于逆變器中的電力電子器件無法儲能，所以無功功率只能靠直流環(huán)節(jié)中的儲能元件來緩沖。如果采用電容器作為無功功率的緩沖環(huán)節(jié)，直流側(cè)電源相當于一個低阻抗的電壓源，因此稱為電壓源型變頻器；如果采用電抗器作為無功功率緩沖環(huán)節(jié)，直流側(cè)電源相當于一個高阻抗的電流源，則稱為

17、電流源變頻器。2 電壓源型和電流源型變頻器的差異圖2-1 電壓源型和電流源型交直交變頻器（a）電壓源型 (b)電流源型從主電路來看，電壓源型變頻器和電流源型變頻器的區(qū)別僅僅在于中間直流環(huán)節(jié)濾波器的形式不同，但是這樣一來，卻造成兩類變頻器在性能上相當大的差異，主要表現(xiàn)如下：（1）無功能量的緩沖:對于變壓變頻調(diào)速來說，變頻器的負載是交流電動機，屬于感性負載，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間，除了有功率的傳送外，還存在無功功率的交換。逆變器中的開關(guān)器件無法儲能，無功能量只能靠直流環(huán)節(jié)中作為濾波器的儲能元件來緩沖，使它不致影響到交流電網(wǎng)。因此也可以說兩類變頻器的主要區(qū)別在于用什么作為儲能元件來緩沖無功能量。

18、（2）回饋制動:如果把不可控整流器該為可控整流器，雖然電力電子器件具有單向?qū)щ娦?，電流不能反向，而可控整流器的輸出電壓是可以迅速反向的，因此，電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)容易實現(xiàn)回饋制動，從而便于四象限運行，適用于需要制動和經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)的機械。與此相反，采用電壓源型變頻器的調(diào)速系統(tǒng)要實現(xiàn)回饋制動和四象限運行卻比較困難，因為其中間直流環(huán)節(jié)有大電容鉗制著電壓，使之不能迅速的反向，而電流也不能返向，所以在原裝置上無法實現(xiàn)回饋制動。必須制動時，只好采用在直流環(huán)節(jié)中并聯(lián)電阻的能耗制動，或者與可控整流器反并聯(lián)設(shè)置另一組反向整流器，工作在有源逆變狀態(tài)，以通過反向的制動電流，而維持電壓保持極性不變，實現(xiàn)回饋制動。

19、（3）調(diào)速時的動態(tài)響應(yīng):由于交直交電流源型變頻裝置的直流電壓可以迅速的改變，所以由它供電的調(diào)速系統(tǒng)響應(yīng)比較快，而電壓源型變頻器調(diào)速系統(tǒng)的響應(yīng)就慢得多。由于電機的變頻調(diào)速已廣泛用于高精度的柔性控制系統(tǒng)、機器人、辦公自動化、數(shù)控機床以及多機拖動的現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中。 通過對兩種變頻器的特點和差異的比較以及現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中兩類頻器所起的作用以及地位，我選用電容器作為無功功率緩沖環(huán)節(jié)，即我選用電流滯環(huán)跟蹤控制CHBPWM變頻器，其主電路接線如圖2-2：圖2-2 主電路圖22 變頻器的主電路參數(shù)計算及元件選取2 交一直變換電路交一直變換電路就是整流和濾波電路，其任務(wù)是把電源的三相交流電變換成平穩(wěn)的直流電。本系

20、統(tǒng)整流采用二極管全橋不控全橋整流模塊。（1） 整流器件參數(shù)選擇通過二極管的峰值電流及電機最大負載時的峰值電流，為電機額定電流的5-6倍，取，則流過二極管的電流有效值為 （2.1）二極管電流額定電流值為: （2.2）考慮到實際工況，需要有一定的電流余量，選用IN= 30A。二極管電壓額定值為: (2.3)根據(jù)以上計算的電壓和電流，并考慮到市場價位情況，所以選擇使用富士公司的二極管整流模塊6RI30-120 (30A, 1200V)。（2） 濾波電路參數(shù)計算及元件選取 經(jīng)二極管整流輸出的直流電壓含有脈動成分，此外逆變器部分產(chǎn)生的脈動電流及負載變化也會引起電流的脈動，因此需要加入大電容濾波。未加濾波

21、電容時三相整流輸出的平均電壓為: (2.4)其中為三相電源的線電壓。加入濾波電容后可以達到交流線電壓的峰值: (2.5)中間直流濾波電容從限制電壓波動的角度來選擇，使用下面的經(jīng)驗公式: (2.6)其中: 電機空載運行時定子電流基波分量有效值; : 逆變器輸出電壓基波角頻率; : 整流器輸出的直流電壓平均值; 本系統(tǒng)取值按低速空載狀態(tài)最嚴重的情況考慮,由式(2.6)有K取0.06:(2.7)其中是系統(tǒng)要求的最低輸出頻率電容器的耐壓值取1.5-2.0倍安全裕量為: (2.8)濾波電容值理論上大些好，但由于受到電解電容的電容量和耐壓能力的限制，及考慮到價格與體積，選用兩個電解電容串聯(lián)，總的耐壓為90

22、0V，電容容量為。濾波電路由兩個電容器串聯(lián)而成，如圖2.2中的和，并且在和旁邊各并聯(lián)一個阻值相等的均壓電阻和,和取值為30K/5W。因為電解電容器的電容量有較大的離散性，電容器和的電容量常不能完全相等，這特使它們承受的電壓不相等。（3） 限流電阻選取主電路合閘瞬間濾波穩(wěn)壓電容和對電源相當短路會產(chǎn)生很大的電流，而且電機在啟動時，啟動電流也很大，使整流橋可能因此而受到損壞;同時也可能使電源的瞬間電壓明顯下降，形成干擾。為了保護整流模塊及抗干擾，在主電路上設(shè)計了限流電路，如圖2.2中，串接在整流橋和濾波電容器之間，由限流電阻和短路開關(guān)組成的并聯(lián)電路。限流電阻反就是為了削弱該沖擊電流而串接在整流橋和濾

23、波電容之間的。限流電阻如長期接在電路內(nèi)，會影響直流電壓和變頻器輸出電壓的大小。所以，當增大到一定程度時，令短路開關(guān)接通，把切除出電路。本試驗由接觸器構(gòu)成，當電壓達到電機正常運行的90%時合接觸器將該電路短路，結(jié)束限流啟動過程。限流電阻流過的電流受整流橋二極管額定電流IDN的限制，最小值為: （2.9）是根據(jù)充電時間而定的，充電過程是按指數(shù)規(guī)律變化的，若充電時間為則 (2.10)系統(tǒng)要求充電時間為1s，那么 (2.11)因此的實際值可以取之間的數(shù)值。綜合考慮后選擇50電阻。電阻上消耗的平均功率為: (2.12)實選限流電阻為為50/658W。2 直一交變換電路（1） IGBT的參數(shù)計算與元件選取

24、三相逆變橋的功能是把直流電變換成頻率可調(diào)的三相交流電。其基本結(jié)構(gòu)如圖2.2，由開關(guān)器件構(gòu)成的電路，稱為逆變橋。的工作接受控制電路中PWM調(diào)制信號的控制，將直流電壓UDC逆變成三相交流電。IGBT的電壓： (2.13)其中，-3的范圍。取=2，并將=537V代入式子(2.13)得 (2.14)IGBT的電流：系統(tǒng)在=2倍的過載狀態(tài)下工作時，流過IGBT的最大電流為 (2.15)IGBT的額定電流： (2.16)其中，-IGBT電流的安全裕量，一般取23的范圍，這樣有 (2.17)所以選IGBT為SK 40 GB 123,其電壓為1200V，電流為40A。所選IGBT上都有配套續(xù)流二級管構(gòu)成續(xù)流電

25、路。其作用:為電動機繞組的無功電流返回直流電路時提供通路;當頻率下降、從而同步轉(zhuǎn)速下降時，為電動機的再生電能反饋至直流電路提供通路;為電路的寄生電感在逆變過程中釋放能量提供通路。（2） 能耗制動單元選取在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動機的降速和停機，是通過逐漸減小頻率來實現(xiàn)的。這時從電動機的角度來看，處于再生制動狀態(tài)。從變頻調(diào)速系統(tǒng)的角度來看，屬于能耗制動狀態(tài)。用于消耗電動機再生電能的電路，就是能耗制動電路。能耗制動單元其基本結(jié)構(gòu)如圖2.2，由開關(guān)器件和電阻構(gòu)成。圖2.2中的就是制動電阻，用于將電動機的再生電能轉(zhuǎn)換成熱能而消耗掉。的阻值估算:的大小以使制動電流不超過系統(tǒng)額定電流的一半為宜，即 (2.18

26、)從而 (2.19)的功率估算:由于的工況屬于短時工作，故其標稱功率可以比長期通電時消耗的功率小很多。根據(jù)經(jīng)驗容量為總功率的5%20%: (2.20)根據(jù)以上計算，選取能耗電阻:40,800W。制動單元的功能是，當直流回路的電壓。超過規(guī)定的限值時，接通耗能電路使直流回路通過釋放能量。功率管IGBT.用于接通與關(guān)斷能耗電路，是制動的主體。通過電壓取樣與比較電路給出的指令信號控制導(dǎo)通或截止的指令信號。其主要參數(shù)的選擇:電壓和電流分別為: 所以實選用SK 30 GAL 123。第三章 檢測與保護電路的設(shè)計3.1 轉(zhuǎn)速檢測由于本系統(tǒng)需要檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的瞬時值送入單片機中再加上通過電流互感器所測得的三相定

27、子電流來計算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型。本次設(shè)計采用75CYB0型永磁直流測速發(fā)電機進行轉(zhuǎn)速檢測。測速發(fā)電機的工作原理類似于發(fā)電機的工作原理，兩者都是將轉(zhuǎn)動的機械能轉(zhuǎn)換為電信號輸出。當測速發(fā)電機工作時，在某一瞬間其輸出電壓跟角速度成正比，而極性有旋轉(zhuǎn)方向確定。輸出電壓為： (3-1）式中為靈敏系數(shù)。測速發(fā)電機適合于測量轉(zhuǎn)速較高的旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)速。測速發(fā)電機的輸出特性推倒如下：已知直流電勢 （3-2）當每極總磁通為常數(shù)時，則，即輸出電勢與轉(zhuǎn)速成正比。測速發(fā)電機電刷兩端接上負載電阻后，兩端的電壓才是輸出電壓。由圖3-1可知，負載時測速發(fā)電機的輸出電壓等于感應(yīng)電勢減去它的內(nèi)阻壓降，即 （3-3）圖3-1 直流測

28、速發(fā)電機電路圖此式稱為直流發(fā)電機電壓平衡方程式。式中，為電樞回路的總電阻，它包括電樞繞組的電阻，電刷和換向器之間的接觸電阻；為電樞總電流，且有 （3-4）將式（3-4）代入（3-3）得 （3-5）經(jīng)簡化后為 （3-6）式（3-6）是負載時輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。如果式中，和都能保持為常數(shù)，則與之間仍呈線形關(guān)系，只不過隨著負載電阻的減小，輸出特性的斜率變小而已，如圖3-2所示：圖3-2 不同負載電阻時的理想輸出特性但該圖是理想情況下，即，不變，為一定時的輸出特性。實際上，測速發(fā)電機的輸出特性不是嚴格地呈線形特性，實際特性與要求的線形特性之間存在誤差。本題目選擇75CYB0型永磁直流測速發(fā)電機進行轉(zhuǎn)速檢測。其技術(shù)數(shù)據(jù)如表3-1所示：表3-1 75CYB01型永磁直流測速發(fā)電機技術(shù)數(shù)據(jù)型 號75CYB01線性誤差(%)最大輸出功率(W)輸