[其他]晶闸管微机变频调速系统

说明书

本发明是一种PWM型变频调速系统，用快速型晶闸管作载流元件，用通用微型计算机作控制部件，用计算机程序完成变频过程。

直流电动机有良好的调速性能，但制造和维护比较复杂。与此相反，交流电动机制造简单，价格便宜，坚固耐用，维护简便，但调速和起动性能不好。因此，采用什么方法改善交流电动机的调速和起动性能，一直是人们关注的问题。变频调速，因为性能好、效率高，受到愈来愈多的重视。

变频调速分为交交和交直交两类。交交变频是把电网工频电源直接转变为较低频率的电源，输出频率比电网频率低。交直交变频是先用整流器把工频电源整流为直流，再用逆变器把直流逆变为可调频率的交流，输出频率可以比电网频率高，不受电网频率限制。

输出频率不低于电网频率对于为数众多的已有交流传动设备是很有价值的。在不改动设备不更换电机的情况下，配上变频装置，交流电动机就可以在大范围内调节转速，调速和起动性能类似直流电动机。例如，中小型带钢冷轧机配上变频装置，不需要把主传动交流电机换为直流电机，就可以实现变速轧制。用低速穿带可以缩短带头长度;用高速轧制可以提高产量。也可以实现线性加减速，保持带钢张力平稳，减少断带。风机和水泵配上变频装置，起动灵活，在间断用风时，可以随用随开风机;在需要降低流量时，不是关小闸门，而是降低泵的转速，则流量和电力消耗均显著下降。

交流电动机转速与频率成正比。频率改变时，电机阻抗也改变，为了保持励磁电流不变，即电机磁通不变，加在电动机端子上的电压必须跟着改变。因此，用于调速系统的变频装置，在改变输出频率的同时，还必须改变输出电压，电压和频率应保持一定关系。

早期的交直交变频装置有电压型和电流型两种。它们的特点是逆变器只能改变输出频率，而输出电压的改变则靠改变中间直流电压，即改变整流器输出电压。因此，整流器和逆变器都必须使用可控元件，而且它们必须结合为一个整体。低频时，整流器输出电压低，功率因数成比例下降。

调脉宽型，或称PWM型变频装置是近年来在交直交变频技术中出现的另一种型式，其特点是调压和调频均由逆变器完成，不需要改变中间直流电压，整流器可以用二极管。二极管整流器简单可靠，价格便宜，对电网扰动小。无论变频装置所带负截性质如何，它不向电网取无功电流，功率因数接近1。

中间直流电压因为是恒定不变的，可以来自蓄电池或其他任何直流电源，整流器已经不是变频装置必不可少的组成部分。因此仅逆变器本身也可以称为PWM型。如果在同一地区或车间使用多台PWM型逆变器，可以为他们设置公用直流母线，由大功率二极管整流器供电。在降低造价上，这将更有优势。

PWM型逆变器之所以既能调频又能调压，是因为在输出波型中安排了零压区。逆变器的输入是中间直流电压的正负母线，输出是A、B、C三个相的线电压。逆变器内部是无触点快速开关，按一定规律把各输出线接到正极或负极。任何两线，如果同时接到正极或同时接到负极，则两线之间电压为零;如果一线接正极另一线接负极，则两线之间电压为+U_d或-U_d，U_d为中间直流电压。前者就是零压区，其持续时间换算成角度叫α角。后者是有压区，相应角度叫β。在输出波形中α和β交替出现。

如果β不变，增大α，则输出频率和平均电压均下降。这用于50HZ以下的频率范围。因为工频电动机是以50HZ为额定频率设计的。在此范围内，电动机磁通不变，有恒力矩特性。α维持在50HZ的最小值不变，减小β，输出频率将高于50HZ，但输出平均电压不变，电动机磁通减小，相当于直流电动机的弱磁区，有恒功率特性。

靠增大α降低频率时，α不能增得过大，否则谐波成份增加，输出波形变坏，电机空载电流增大。因此，在低频时，在输出波形中增加α和β的数量，并减小α和β的宽度。α和β仍然交替出现。

三相逆变器输出波形每六分之一周期中α或β的数目称为倍频系数N。为了改善输出波形，频率下降时，N逐渐增大。每一对β和α所占时间的倒数称为换相频率f_c，f_c＝6Nf₀，f₀是输出频率。例如N＝4时，叫4倍频，换相频率是输出频率的24倍。不同倍频系数用在输出频率的不同范围。

换相频率f_c或倍频系数N是用来描述输出波形的性质的。在三相电路中，为了说明每只管子导通和关断的频繁程度还得引入开关频率f_K。f_K是设计换相回路的重要参数之一。

f_K＝Kf₀