变频电源十篇

变频电源篇1

引言

近年来，变频器与变频电机组成的拖动系统在生产中发挥着重要的作用。然而在使用中经常发现变频器与变频电机不能很好地匹配，这个问题严重困扰着变频器及变频电机的生产厂家。因此有必要研发SPWM稳频稳压电源，使电源频率可调范围为0～500Hz，电压可调范围为0～420V（基波）。且能显示电机实际响应的SPWM波的电压(Vpwm)、电流、频率和功率等。这样，变频器的生产厂家就可以该电源为标准，测量出与之配套的变频电机真实使用的电压值、电流值、频率值，来调校变频器的矢量控制参数或v/f控制参数。而电机生产厂家也可根据该标准电源来调整电机的参数，使其与变频器匹配。

图1

1 工作原理及测量系统分析

如图1所示，SPWM稳频稳压电源主电路与市面上成熟的SPWM逆变电源类似。当交流电机和一个脉宽调制变频器一起被用于变频调速时，设计Vpwm是为了测量交流电机有效电压。这种类型的变频器首先从交流源产生一个直流电压E，被称为直流链电压。然后利用电力电子变换技术，采用脉宽调制来变换直流链电压，可以得到一个三相电源系统，例如：通过IGBT在数ms内将直流电压开关数百次，来创建频率可调的三相电压。然而输出电压并不是正弦波，而是一个恒幅值的高频斩波波形，如图2所示。这种电压被送给电机，由于电机是一个大的感性负载，主要对电源电压低频部分作出响应，故电流波形仅具有少量的高频成分，近似为一个正弦波。对于系统设计者和使用者，能够测量出电机实际接收到的电压Vpwm，检查电机的矢量参数或v/f是否超出范围是非常重要的。如果长时间超出电机的标称v/f值（例如，电机在高频、低速下运转），电机将会发热，甚至损坏，而产生严重后果。然而需要注意的是，用电压表测量该斩波波形的电压是有效值Vrms，而电机响应的实际有效电压Vpwm与图2的脉宽调制波的有效值Vrms之间存在非常大的误差。例如某系统，当Vpwm=144V时，Vrms=192V，误差率为（192－144）/144=33.3％

采样经检测系统将数据送给控制系统。控制系统通过计算基频的整个周期的绝对平均电压的有效值即均方根值检测出VPWM。

例如，当载波比N=ωc/ωs取3的奇整倍数时，线电压uab的傅立叶级数表达式为

式中：M为调制度；

m与n分别为相对于载波和调制波的谐波次数；

ωc，ωs分别为载波和调制波的角频率。

同样可推导出线电压ubc及uca的方程式。显然幅值很高的载波成分被消除掉了；载波谐波也被消除；它们的上下边频中的零序谐波成分也不存在了；上式中sin是消除m和n的同时为偶数或同时为奇数时的那些项。表1为uab中谐波的通用值。

表1 uab中谐波的通用值

km±n

M

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1

0.122

0.245

0.267

0.490

0.612

m±2

0.010

0.037

0.080

0.135

0.195

m±4

0.005

0.011

2m±1

0.116

0.200

0.227

0.192

0.111

2m±5

0.008

0.020

3m±2

0.027

0.085

0.124

0.108

0.038

3m±4

0.007

0.029

0.064

0.096

4m±1

0.100

0.096

0.005

0.064

0.042

4m±5

0.021

0.051

0.073

4m±7

0.010

0.030

图3所示的是在信号中存在高频成分时谐波和基波相迭加的情景。谐波的次数越高对平均值的影响越小。

采用图1的测量系统，取输出信号的基频和测量基频的整数个周期，将有关数据传送给控制系统，控制系统通过计算基频波的均方根值（有效值），最终显示出电机实际响应的Vpwm值。

2 稳压稳频系统设计方法

在稳频稳压SPWM电源设计前?须明确系统要求的技术指标，根据这些指标进行系统的静态和动态设计，从而明确各单元电路应达到的主要技术指标。合理地分给各个单元，然后进行参数计算。正确的参数被送给数字电路进行程序设计来控制频率与电压。由图4稳幅原理框图，得到图5闭环系统结构图。

2.1 静态设计

由图5可推导出静态特征方程

Uo=KUnUi/(1＋αK1K2Ui) （2）

则静态结构图如图6所示。

根据静态特征方程和系统的技术指标，可确定各单元电路的技术指标。

2.2 动态设计

由于各单元电路均可能存在延时，它们将影响系统的动态性能，并可能引起系统振荡。设总延时为Ts，功放是闭环系统中延时最大的环节，其传递函数为

K2/(1＋Tss) （3）

积分乘法器的传递函数为

Ui(1＋Ts)/Ts （4）

反馈电路因有滤波环节，其传递函数为

α/(1＋Tns) （5）

则得系统的动态结构图如图7所示。根据系统的最终校正即可确定系统开环放大倍数。

2.3 保护设计

SPWM稳频稳压电源的保护与UPS、变频器保护一样，具有过流、过压保护；di/dt、du/dt限制保护。建议采用目前已相当成熟的软开关技术来实现。

变频电源篇2

引言

众所周知，我们所使用的市电频率是50Hz，但是，在实际生活中，有时需要的电源频率不是50Hz，这就需要变频电源。对一个电源来说，用户期望它在各种性质的负载下，都能输出稳定的电压，变频电源也不例外。因此，有必要研究变频电源在各种性质的负载（纯阻性，感性，容性，非线性）下的输出特性。

1 实验方案

本实验的接线框图如图1所示。

50Hz的三相电网电压经变频器整流逆变后，输出频率可变（用户可自行调节输出频率）的正弦波，经LC滤波后，再经过升压变压器（作用是升压和隔离）加到三相负载上。三相负载可以是纯阻性，感性，容性和非线性。

本实验期望得到的结果是，当变频器的输出电压和输出频率设定为固定值时，此变频电源装置能在各种性质的负载下，输出稳定的电压和频率。

2 参数选择

2．1 变频器

本实验用的变频器是SIEMENS公司的MIDIMASTERVECTOR（MDV），它的输出功率是7.5kW，额定输入电压380V，输出电压可调，输入频率50Hz，输出频率可调。

2．2 变压器及滤波参数

由于变频器输入额定电压是380V，输出电压在0～380V范围内可调，本实验设定变频器输出电压最高为300V，因此，就需要一个升压变压器，变比为300/380，使加在负载两端的电压为380V。

由于采用的滤波电路为LC滤波，其滤波电感和电容须满足式（1）

1/2μ（根号LC）≤根号f1fs   （1）

式中：fs为变频器的开关频率，fs=4kHz；

f1取为fs。

所以根号f1fs=根号（800×4000）=1789Hz

如果取L=7mH，C=1.5μF，则=1/[2π(根号LC）]

1553Hz满足式（1）。

    2．3 负载参数

在纯阻性负载实验中，每相均采用5个250Ω，额定功率200W的电阻串联；在感性负载实验中，每相均采用3个250Ω/200W的电阻并联，然后再跟62mH的电感串联组成感性负载；在容性负载实验中，每相用3个10Ω/250W的电阻串联，再跟70μF的电容串联组成容性负载，另外，每相用5个250Ω/200W的电阻并联，再跟70μF的电容并联也组成容性负载；在非线性负载实验中，采用额定电压为800V，额定电流为20A的整流桥作为非线性负载。

3 实验过程及分析

按图1接线，其中三相滤波电感L均为7mH，三相滤波电容均为1.5μF，变压器采用/Y接法，变比是300/380，变频器输出频率设定为60Hz，然后接不同性质的负载进行实验。

3．1 纯阻性负载实验及分析

三相负载均采用五个250Ω/200W的陶瓷电阻串联，输出电压为300V，当确认一切接线都没有问题时，开始实验，测得波形如图2所示。分析及说明如下：

1）由于变频器输出电压为300V，则变压器输入电压接近300V，而变压器变比是300/380，所以，理论上变压器输出电压为380V，其峰值为537V；

2）实验中，通过观察图2中的波形，得到变压器输出电压峰值的实验值为540V，接近理论值；

3）用频谱分析仪观察谐波分布，看到4kHz的谐波与60Hz基波相差最大，有30dB，即谐波约占基波的3.16％。

3．2 感性负载实验及分析

把图1中的负载换成感性，其中每相均用3个250Ω/200W电阻并联，再跟63mH的电感串联，三相负载接成星形，输出电压为300V，当确认一切接线均没有问题后，开始实验，测得波形如图3所示。分析及说明如下：

1）用频谱分析仪观察谐波分布，发现此种情况下300Hz以内谐波及4kHz，8kHz谐波与60Hz的基波相差30dB左右，即谐波成分约占基波的3.16％，其余次数的谐波含量更低，表明滤波效果良好；

2）为了进一步改善波形，尝试把每相滤波电感由7mH换为10mH，再观察谐波分布，发现高次谐波（4kHz，8kHz）与基波相差33.6dB，波形有所改善，如图4所示；

3）由于本次实验所用电感的漆包线比较细，不能承受很大的电流，因此，把变频器输出电压调节为230V，此时理论上变压器输出电压峰值应为412V，观察图3波形,发现实验值为420V，基本接近理论值。

3．3 容性负载实验及分析

3．3．1 电阻与电容串联

把图1的负载换成三相容性负载,每相均由3个10Ω/250W的电阻串联，再与70μF的电容串联，变频器输出电压为298.4V，测得波形如图5所示。分析与说明如下：

用频谱分析仪观察谐波分布状况，发现最高次谐波为高次谐波（4kHz，8kHz），其倍频与基波相差35dB，即谐波成分占基波的1.8％，滤波效果非常好，有高次谐波，是因为变频器的开关频率为4kHz。

3．3．2 电阻与电容并联

再把负载换成每相均由5个250Ω/200W的电阻并联，再与70μF的电容并联，变频器输出电压为303V，测得波形如图6所示。

3．4 非线性负载实验及分析

把图1的负载换成额定电压为800V，额定电流为20A的整流桥作为非线性负载，变频器输出电压为300V，检查一切接线均无问题后，开始实验，实验情况如下：

1）整流桥输出电压波形，如图7所示，其理论值为515V，观察波形，实验值为520V，相差不大，实验效果还可以；

2）变压器输出电压波形，如图8所示。用频谱分析仪观察谐波分布，发现谐波比较厉害，其中300Hz的谐波最厉害，与60Hz基波相差20.6dB;120Hz，240Hz，1.2kHz，4kHz，8kHz谐波也较厉害，其中4kHz的谐波与基波相差28.8dB，8kHz的谐波与基波相差34dB；

3）尝试把滤波电容由1．5μF变为3μF，发现高频部分谐波有所减小，波形更接近正弦波；

4）再把滤波电感由7mH变为10mH，发现谐波分布无明显变化。

3．5 实验结果总结

在综合分析了上述实验波形及数据后，总结如下：

1）当变频器输出频率设定为60Hz时，变频电源在各种性质的负载下输出频率也为60Hz，波动很小，符合设计要求；

2）在纯阻性负载情况下，变频器输出电压设定为300V，变频电源输出电压峰值为540V，在510V～564V的范围内（理论值的波动在±5％范围内）；

3）在感性负载情况下，由于所用电感的漆包线比较细，承受电流比较小，最多3A，因此，把变频器输出电压调节为230V，此时变频电源输出电压峰值为420V，照此推论，如果变频器输出电压为300V，则变频电源输出电压峰值为549V，也在510V～564V的范围内，满足要求；

4）在容性负载情况下，当电阻与电容串联时，变频器输出电压为298.4V，变频电源输出电压峰值为530V；当电阻与电容并联时，变频器输出电压为303V，变频电源输出电压峰值为540V；

5）在非线性负载情况下，变频器输出电压仍然设定为300V，此时变频电源输出电压峰值为530V，也在510V～564V的范围内，同样满足要求。

变频电源篇3

关键词:电源;SPWM;控制器;单片机最小系统

中图分类号:TP332文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)02-198-03

SPWM Variable Frequency Power Supply Based on SA8282 and Single Chip Microcomputer

LUO Huiqian,QIN Fan

(School of Automation,Wuhan University of Technology,Wuhan,430070,china)

Abstract:This design uses 8051 as controller and combines special_purpose SPWM integrated circuit design SPWM frequency conversion power supply.The main circuit form of the system adopts AC_DC_AC structure,the inverter part consist of IGBTS and a parallel buffer circuit.The system adopts three_phase whole wave uncontrolled rectification input circuit,improves quality of the electric which is supplied to inverter.The control circuit of the system consists of is 8051 single_chip microcomputer minimum system of MCS-51 series and three phases SPWM generator integrated circuit SA8282 and a small amount of peripheral chip of expansion,the power supply has a good application prospect with the advantages of reliability,feasibility and adaptability.

Keywords:power supply;SPWM;controller;single chip microcomputer minimum system

0 引 言

随着电力工业的发展,越来越多的用电设备对电源的性能提出了更高的要求,迫切需要输出电压稳定但频率可以连续调节的三相电源。在此介绍一种由51系列单片机和SA8282芯片所控制的变频变压逆变电源,在控制上具有精度高、实时性强的优点,并且电路结构简单,软件编程容易实现。

1 SA8282芯片介绍

1.1 芯片概述

SA8282是英国MITEL公司生产的能产生三相脉宽调制波的专用大规模集成电路芯片。它有六路TTL电平,经过一组隔离和放大单元,控制三相桥式逆变器中的6个功率开关。在芯片的初始化过程中,定义PWM序列中信息控制输出调制波的波形、电源频率、幅值、转向、载波频率、最小脉宽及死区时间等参数。通过微处理器很容易控制SA8282,全数字PWM波可使电源达到前所未有的精确度和温度稳定性。SA8282作为一种标准的外设,可直接从内部ROM中读取波形,工作方式快捷灵活,无需任何外接电路,节约了硬件成本。当时钟频率为12.5 MHz时,载波频率可达24 kHz,选择的载波频率越高,输出交流电的波形就越接近纯正弦[1]。SA8282引脚图如图1所示。

图1 SA8282引脚图

AD0~AD7:8位地址与数据复用总线,用于从微处理器接收地址与数据信息;

WR(R/W),RD(DS),ALE(AS):此3个引脚为Intel(Motorola)控制模式;SA8282在工作时可自动适应Intel或Motorola控制模式,当ALE(AS)管脚变为高电平时,SA8282内部检测电路将自动锁存RD(DS)线上的状态,如果检测结果为低电平,则采用MOTOROLA控制模式;如果检测结果为高电平,则采用Intel控制模式;

RESET:复位端,低电平有效;

CS:片选输入,该控制线可使SA8282与其他接口芯片共享同一组总线。

RPHT,RPHB,YPHT,YPHB,BPHT,BPHB:标准TTL电平输出端口(即PWM驱动信号),可分别驱动三相逆变器的6个功率开关器件;

TRIP:输出封锁状态指示,用于表明输出是否被锁存,低电平有效;

SETTRIP:关断触发信号输入端,当输入为高时,TRIP及6个PWM输出端将被迅速锁存在低电平状态,且只有在RST复位时才能解除;

WSS:波形采样同步端口;

ZPPB,ZPPY,ZPPR:分别是三相信号的零相位脉冲输出端;

CLK:时钟信号输入端;

VDD:+5 V偏置电源;

VSS:接地端 [2-3]。

1.2 主要特点

(1) 全数字化。

SA8282与微处理器相连时,可自动适应Intel和Motorola两种总线接口,而且编程简捷方便。它的全数字化脉冲输出具有很高的精度和稳定性。

(2) 工作方式灵活。

SA8282具有6个标准的TTL电平输出端,可以驱动逆变器的6个功率开关器件。电路的载波频率、调制频率、调制比、最小脉宽、死区时间等工作参数均可直接通过软件设定,而不需要任何外接电路,从而降低了硬件成本。

(3) 工作频率范围宽、精度高。

SA8282的三角载波频率可调,当时钟频率为12.5 MHz时,载波频率最高可达24 kHz,输出调制频率最高可达4 kHz,输出频率的分辨率为12位[4]。

2 硬件设计

由SA8282构成的三相变频变压电源电路结构图如图2所示,是SA8282与单片机AT89C51连接应用电路。

单片机先对SA8282初始化,定义载波频率、电源电压频率范围、死区及最小脉冲取消时间等参数。然后再设定的电源输出电压频率及有效值。写好初始化寄存器和控制寄存器后,启动SA8282。RPHT,RPHB,YPHT,YPHB,BPHB六个引脚输出相应频率和电压的SPWM控制信号,经驱动电路隔离后,分别控制智能功率模块IPM的6个IGBT的导通与截止,最后在3个输出端上产生三相SPWM电压[5,6]。

图2 三相变频变压电源电路结构图

正常工作后,根据需要对SA8282控制数据进行修改,实现系统的反馈与实时控制。调压时,输出电压经有效值变换器取样后,进行A/D转换成数字量,再在单片机中与设定值比较,经PI调节,得到修正值,输入到SA8282幅度控制寄存器,从而达到闭环控制调整输出电压幅值。在调频时,单片机根据用户设定直接修改SA8282频率控制寄存器的控制字,以改变电源输出频率,无需构成闭环[7]。

3 系统软件设计

软件设计是整个逆变控制的核心,它决定逆变器的输出特性。主程序是整个控制系统的核心和灵魂,只有通过主程序才能有机地调用系统中各个子程序,使它们形成一个联系紧密的整体,有条不紊的完成各种各样的操作命令。单片机对SA8282的主要控制程序流程图如图3所示,单片机首先初始SA8282,打开终端系统。传送控制参数后,判断SA8282允许输出,则开始输出SPWM控制信号,逆变器开始工作[8]。工作过程中,单片机不断地处理检测反馈回来的信号,控制SA8282调整输出的SPWM控制信号,控制系统的输出状态,以满足系统的性能要求。在系统正常工作过程中,不断更新看门狗定时器。防止其溢出而中断SPWM控制信号的输出。初始化程序,实现键盘处理、刷新处理与下位机和其他程序主要完成硬件器件工作方式的设定、系统运行参数和变量的初始化等[9,10]。

4 结 语

这里涉及的变频电源输出三相对称交流电的频率范围为20~100 Hz,各相电压有效值之差小于0.5 V;输出电压波形接近正弦波,用示波器观察无明显失真;且当输入电压为198~242 V,负载电流有效值为0.5~3 A时,输出线电压有效值应保持在36 V,误差的绝对值小于5%。

图3 控制程序流程图

在利用单片机和集成芯片配合产生SPWM波形控制逆变开关的通断,控制算法更加容易实现编程,使得系统结构简单,控制精度高,可靠性强,同时参数修改容易、编程任务少,单片机的处理任务大为减轻。并且,由于可通过SA8282对三相输出电压分别进行调整,可在存在三相不平衡负载的场合中得到应用。

参 考 文 献

[1]刘凤君.正弦波逆变器[M].北京:科学出版社,2002.

[2]张颖超.高精度三相PWM波形产生器SA8282在逆变器中的应用[J].国外电子元器件,2000(9):3-5.

[3]赵良炳.现代电力电子技术基础\.北京:清华大学出版社,1999.

[4]肖金球,虞娟,顾新.基于89C51和SA8282的PWM中频逆变电源的研制[J].苏州科技学院学报,2003,16(3):82-86,90.

[5]刘和平.PIC16F87x单片机使用软件与接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

[6]徐维祥,刘旭敏.单片机原理与应用[M].大连:大连理工大学出版社,1996.

[7]陈国呈.PWM变频调速及软开关电力变换技术[M].北京:机械工业出版社,2000.

[8]李宏.电力电子设备用器件与集成电路[M].北京:机械工业出版社,2001.

变频电源篇4

关键词：高频；开关电源；优化；变压器

SMPS即开关电源，由于其体积小、效率高，因而在电子领域应用十分广泛。并且科研人员也不断的对其功率密度进行深度研究，通过不断提升变化频率提升其工作效率。而变压器在高频状态下，理论上其体积应当小于20kHz至150kHz这一范围，但是这需要以同等工作磁通密度以及高频状态下磁性材料磁芯损耗才可以同低频相比，但是一旦频率超过200kHz，目前的材料条件下，工作磁通密度便会降低，即若保证磁芯损耗在可承受范围内就需要频率在千分之几特或者百分之几特。所以，功率损耗是限制高频变压器优化方案效果的主要因素。换言之，传输功率特定的条件下，应当尽可能的降低绕组参数以及磁芯参数，从而保证变压器在运行过程中其温升范围符合设计标准要求。文章便针对开关电源变压器的结构以及设计方案进行了分析，并提出了一种有效的优化设计方案。

通过上述两个公式针对铜线绕组阻抗进行计算，从而确定实际工作频率中准确的阻抗数值，但是该种计算方式只能由计算机完成，因为其计算过程十分复杂。

2 SMPS变压器的优化设计

通过上述分析，针对高频变压器的优化设计，并非是一蹴而就的工作，在实际的操作中不可能一次完成，这是由于变压器运行以及结构中各类参数之间具有相互制约的作用，所以，必须将工作磁通密度以及绕组线径、绕组匝数以及并绕数目等在计算机软件中进行多次的尝试，从而求得可以满足设计最佳状态的数值，完成设计优化。在所有的条件中，最为有利的便是磁芯种类以及参数都是特定的，例如磁芯物理尺寸大多都是特定的，磁芯材料特性也是有限的。但是从另一个角度进行分析，这些条件也会限制对变压器的优化，降低了优化的设计空间。

3 结束语

文章通过对变压器优化方案的分析，证实该种方案在目前的高频变压器的优化设计中具有较为明显的效果。并且，通过绕组形式的选择，不但可以满足磁芯窗口利用率，还可以将变压器铜损予以降低。通过这一流程，大部分变压器的设计都可以得到优化，但是为了进一步完善该设计，还应当重视以下三方面问题。首先，变压器在运行过程中，由于磁芯的结构致使其热分布并非是完全均匀的，中央芯柱温度为磁芯温度的最高点，所以想要提高变压器热模型的准确性，就需要防止该问题对变压器工作性能的影响。其次，针对绕组层间电容以及漏感等参数，由于其为寄生参数，因而必须进行深入研究。另外由于运行环境为高频环境，如果仍旧使用PWM这种传统的方式，那么极易造成电路工作状态不稳。但是如果通过谐振的方式，那么还需要考虑谐振回路参数设计问题。最后，由于电路的拓扑结构并非平衡结构，因此必须防止磁芯饱和，因而必须采用加气隙的方式，在设计中目前所能够采用的技术手段便是这种方式。虽然一定程度上可以解决该类问题，但是从设计完善的角度分析，仍旧属于缺陷设计。

参考文献

变频电源篇5

关键词：空间矢量；脉宽调制；变频器；专用芯片MR16

引言

随着拖动技术的不断发展以及大功率电力电子器件的不断更新，交流异步电机V/f控制PWM变频电源在工业上的应用越来越广泛。传统的SPWM变频调速技术理论成熟，原理简单，易于实现，但其逆变器输出线电压的幅值最大值仅为0.866Ud，直流侧电压利用率较低；而采用空间矢量PWM(SVPWM)算法可使逆变器输出线电压幅值最大值达到Ud，较SPWM调制方式提高了15％，且在同样的载波频率下，采用SVPWM控制方式的逆变器开关次数少，降低了开关损耗。为此，本文运用SVPWM算法，将逆变器和电机作为整体考虑，并综合三相电压，通过实时计算，利用MR16单片机实现了电机的恒磁通变频调速控制。

1空间矢量PWM基本工作原理

图1所示为三相电压型逆变器的工作原理图，它由6个开关器件组成。逆变器输出的空间电压矢量为

根据同一桥臂的上下两个开关器件不能同时导通的原则，其三相桥臂开与关可以有8种状态。在这8种开关模式中，有6种开关模式输出电压，在三相电机中形成相应的6个磁链矢量，另外2种开关模式不输出电压，不形成磁链矢量，称之为零矢量。各种状态形成的矢量在空间坐标系中的位置关系如图2所示。括号内的二进制数依相序A，B，C表示开关的不同状态，“1”表示上桥臂功率器件导通，下桥臂器件关闭；“0”表示的工作状态与此相反。任意一个电压空间矢量的幅值和旋转角度都表示此刻输出PWM波的基波幅值及频率大小，它的相位则表示不同的脉冲开关时刻。因此，三相桥式逆变器的目标就是利用这8种基本矢量的时间组合，去近似模拟合成这样一个磁链圆。

通常将一个圆周期6等份，并习惯地称之为扇区。每一扇区又可继续划分为任意的m个小等份。当理想电压矢量位于任一扇区之中时（如图2所示），就用该扇区的两个边界矢量和两个零矢量去合成该矢量，例如：当理想电压矢量处于第一扇区时就由和两个非零矢量以及零矢量合成，其他扇区依此类推。假设理想电压矢量位于图3所示的位置，依据正弦定理可以得到式（2）—式（4）。

式中：Us为逆变器输出电压矢量的幅值；

U1为非零矢量的幅值；

U2为非零矢量的幅值；

Ts为PWM周期；

t1为的作用时间；

t2为的作用时间；

t0为零矢量的作用时间；

|U1|=|U2|=…=Ud。

由于理想电压矢量是由位于该扇区边界的两个非零矢量和零矢量合成，在实际合成时可采用每一个非零矢量分别发出两次，零矢量则依次插入各个分割点的方法。例如：理想电压矢量为，其合成步骤可以是：先发非零矢量作用t1/2时间，再发零矢量作用t0/4时间，而后发出非零矢量作用t2/2时间，接着发出零矢量作用t0/4时间。然后再依此次序重发矢量一次，就完成了整个合成过程。之所以采用这种合成方法是因为系统工作到低频时，控制周期变长，而每个周期内非零矢量的作用时间又是一定的，也就是说零矢量的作用时间相应的变长了。于是就将一个周期中太长的零矢量分开成几个零矢量，而后把它们均匀地插入到非零矢量中去，这样既满足了合成的要求，又有效地抑止了低速转矩脉动。对于理想电压矢量位于扇区边界的这种情形，可以把它作为扇区的特例来处理，即有一个非零矢量的作用时间为0。

2系统实现

2.1主电路拓扑结构

主电路采用三相全桥逆变电路，其拓扑结构如图4所示，逆变DC/AC部分为全控式逆变桥，电容C为滤波电容，其电容值的选择与负载额定功率及直流侧输入电压有关。交流电机变频调速不仅要求输出电压为正弦波，而且要求电压和频率协调变化，即要求电压V和频率f要同时变化并满足一定的规律，如V/f为常数，这样才能保证异步电机转子磁通在变频调速过程中保持恒定。采用空间矢量PWM控制法驱动逆变桥，可以实现输出电压和频率分别按各自规律变化，而且正弦波畸变小，响应速度快，控制简单。2.2控制芯片

本系统采用MOTOROLA公司的电机控制专用单片机68HC908MR16（以下简称MR16）作为主控芯片，它是一种高性能，低成本的8位单片机。MR16内部集成有16K字节的可擦写片内闪速存储器FLASH，768字节的RAM；具有10位精度的10通道ADC模块，其AD转换时间最快仅需2μs，能够在极短时间内完成多路采样并进行高精度转换；同时MR16含有一个可编程时钟发生器模块(CGM)，系统时钟不仅可以直接由外部晶振输入分频得到，也可以先将晶振电路的输出信号缓冲后再经内部锁相环(PLL)频率合成器提供；具有串行通信模块SCI，它有32种可编程波特率，可以工作在全双工或半双工模式，通过SCI模块能方便地实现系统与外部的实时通信。

MR16中颇具特色的部分是专门用于电机控

制的PWMMC模块。该模块可以产生3对互补的

PWM信号或6个独立的PWM信号，这些PWM信

号可以是中心对准方式也可以是边缘对准方式。

6个通道都有一个12位的PWM计时器，PWM分辨率在边缘对准方式时是一个时钟周期，而中心对准方式时是两个时钟周期，这样边缘对准方式的最高分辨率是125ns（内部工作频率为8MHz）而中心对准方式的最高分辨率为250ns。当PWMMC模块工作于互补模式时，模块功能部件自动地将死区时间嵌入到PWM的输出信号中，并可以根据感应电机的相电流极性轻易地翻转PWM数据。PWMMC模块还含有4个故障保护引脚FAULT1～FAULT4，当任意一个故障保护端口为高电平时就封锁相应的PWM输出引脚。例如,当系统过流时，就置位FAULT引脚封锁所有PWM输出，这样就封锁了IGBT的驱动电路，从而实现了过流保护功能。为了避免由干扰引起的误操作，MR16的每个故障引脚都带有一个滤波器，并且所有的外部故障引脚都可由软件配置来再使能PWM，这些都给软件设计带来了极大的方便。

2.3PWM波形成本系统利用MR16单片机中的PWMMC模块，实现PWM波形的生成。在初始化时将其设置为3对互补工作模式，即同一桥臂上的两路PWM信号是互补的。为了防止同一桥臂上的2个开关管直通，在无信号发生器DEADTIME的死区时间寄存器DEADTM中设置了2.5μs的死区时间。系统采用4MHz的外部晶振，由程序选择内部锁相环频率合成器产生8MHz内部总线时钟。同时设置载波频率为9kHz，并将其写入PMOD(H:L)寄存器。PWM波的实时脉冲宽度的计算都是在中断服务程序中完成的，每当PWMMC模块中的PCTN(H:L)计数器计数至PMOD(H:L)中的数值时就引起一次中断。预先将一个扇区（60°）的正弦值扩大一定倍数后制成正弦表格存入FLASH中，每次进入中断后都从表中取出一个正弦值，经过相?的计算后将结果送入PVALX(H:L)寄存器中，单片机将PCTN(H:L)中的值与PVALX(H:L)中的值进行比较后自动产生PWM波，而后依次送入相应的PWM输出通道，完成PWM波的输出。采用软件方法实现PWM波的原理如图5所示，它对应于图1的第1扇区。当位于不同的扇区，不同的PWM周期时，它们的值都不相同，都是实时变化的。同样，赋给每一个PVALX(H:L)寄存器的值也就不尽相同。这种产生对称PWM波形的方法，每个PWM周期都开始和结束于零向量，并且000和111的持续时间相同；同时，除了占空比0％和100％外，每个周期内各桥臂通断两次，而且对于一个扇区来讲，桥臂的通断都有一个固定的顺序。

2.4串行通信

系统采用串行通信设计了相应的监控系统，使其具有良好的人机界面。其中逆变系统和监控系统均采用MAXIM公司的串行接口芯片MAX3082，通过标准RS485总线准确实时地实现了相互的串行通信。同时，运用光耦隔离的办法增强了系统的抗干扰能力，提高了通信的可靠性。双方约定波特率9600bps，工作于半双工模式，并采用校验和的校验方法检验数据通信的准确性。MR16工作频率设为8MHz，初始化程序如下：

MOV＃＄50,SCC1；每一帧10位数据，

启动SCI模块

MOV＃＄0C,SCC2；发送器和接收器使能

MOV＃＄00,SCC3；屏蔽出错中断

MOV＃＄30,SCBR；设置波特率为9600bps

2.5软件设计

系统软件采用模块化设计，包括初始化模块，读X5043模块，保护模块，通信显示模块，PI调节模块，软启动模块以及中断模块等。其中除中断模块在中断服务程序中完成以外，其他均放在主程序中完成。主程序流程如图6所示。

初始化模块包括MR16内部寄存器初始化，变量存储单元定义，通信初始化设置等部分；芯片X5043把三种常见的电路，即看门狗电路，电压监视和EEPROM组合在单个封装内，它内含的4KbitEEPROM存储着上次关机时正常运行的参数值设置，每次开机时系统都将这些参数值读到MR16中，这样就使系统具有记忆功能，使用户不必每次开机时都要对系统参数进行重新设置。保护模块则实现了系统的过热，过载，过流以及系统低频保护等保护功能。其中过流保护由硬件完成，以保证系统能在过流产生后的极短时间内迅速封锁全部的PWM输出。调节模块主要完成稳压输出的功能，而通信显示模块则是方便人机交流的界面，通过它可以进行多种功能的设定，系统状态的显示以及各种参数的修改。

变频电源篇6

关键词：水源地；变频器；工频；改造控制

中图分类号： 文献标识码：A

1概述

阳城电厂水源地用水取自距厂址西南约6KM处的延河泉，比厂区标高低220M，在保证率为97%的情况下最小日平均流量为2.1m3/h。补水管采用直埋方式敷设至厂区，共敷设两条补水管，管径为1000mm，管线长9.8km，配置4台补给水泵。取水升压泵为英国生产的三级离心式取水升压泵，流量2880m3/h，扬程232m；原设计中在正常运行的情况下，两台取水升压泵运行，两台泵备用，可以满足厂区8台机组生产用水及所有生活用水。

由于补给水泵出口压力大，输水管线较长，落差较大，且地形复杂，补给水泵启停时要产生水锤。为有效防止水锤影响，补给水泵出口门设计为液控缓关逆止阀，并在每条输水管线上安装有16组双向排空阀。

2改造原因

由于在建设初期设计的取水容量较大，在机组全部建成投产后，水源地的实际运行工况是：两台取水升压泵运行，两台泵备用情况下，不但能够满足全厂生产用水及所有生活用水，而且还要有相当水量的富余。因此必须进行富余水量的排放工作，这必将会加大电厂的污水排污量，势必造成了极大资源浪费以及人力、财力、物力的的重大损失。由于在电厂建设初期的原设计中还没有关于电机调速的相关设计成熟经验，对取水升压泵电机进行速度调控设计在当时的设计技术等综合条件下十分不现实，因此所有设计的四台取水升压泵电机全部为工频运行（50 Hz）方式设计，不能进行对电动机进行转速控制及调节，因此也就不能对取水升压泵的取水流量进行有效的控制。这样，显然已不能满足现实的现场实际要求.采取一种能够有效控制电动机的转速以及电机出力的方法是解决这一问题的关键所在. 在这种情况下进行变频改造则会很好地解决这个问题。

3变频器简介

变频器使用的是美国罗宾康公司设计制造的完美无谐波变频器交流变频电动机驱动系列装置，它为标准三相交流中压感应电动机应用而设计。异步电机由于具有经久耐用、结构简单、适应性强、价格低廉等特点而得到广泛应用。另一方面，同步电机应用于对效率要求比较高的场合。然而，在由公用电网（60 或50Hz ）供电时，电机速度是固定的。完美无谐波系列变频器可以在不影响电机性能的前提下进行调速。变频器通过将固定频率、固定电压的公用电源转换为可变频率、可变电压的电源而改变电机速度，这种变换是电子式的，无任何运动部件。其现场运行具有多方面的优点：

3.1该变频器不会使工厂配电系统产生明显的谐波失真，不需要电源滤波器；对敏感设备无干扰，不会使功率因数补偿电容器产生谐振问题；

3.2该变频器的功率因数很高，在整个速度范围内典型值为95%或更高，无需进行功率因数补偿；

3.3变频器无需因输出谐波而降低电机的任何额定值。与直接采用电网电压相比，电机不产生额外热量；

3.4该系列变频器不会产生引起机械共振的转矩脉动；

3.5该系列变频器不会使电机噪音明显增加；

3.6该系列变频器不会对电机绝缘产生明显影响。

4系统介绍及现场问题解决

4.1一次系统设计

因变频器装置的实际占用空间较大，因此，在现有的6KV配电室进行安装的可能性几乎不存在。综合现场实际场地限制及控制方面等其他因素，最终决定单独设置一变频器装置室，该室为已独立房间设置，安装于水源地6KV配电间于水源地控制中间空闲场地上.。变频器装置室室内安装变频器装置及其附属刀闸柜，电缆采取地下电缆沟敷设方式。水源地的四台取水升压泵电机一共配置两台变频器装置，变频器装置与电动机的连接形式采取地是“一拖二方式”，既一台变频器装置拖动两台连接于同一6kV母线段取水升压泵的电机，同时变频器柜附带两面电源进线及电机出线刀闸柜，每一面刀闸柜连接一台取水升压泵电机的电源进线、变频器输入输出接线以及相应的电动机出线，具体接线见下图。其中K1为变频器进线刀闸；K2为变频器出线刀闸；K3为旁路刀闸。K1、K2、K3间均有机械和电气闭锁。该种接线方式决定了连接于同变频器单元运行的两台取水泵的运行方式为：

4.1.1两台泵一台泵变频、一台泵工频运行；

4.1.2两台泵同时工频运行，但是有一种运行方式不能实现，即两台泵不能同时变频运行。因此，这样灵活的一次接线方式能够满足现场实际要求.

4.2二次系统设计

4.2.1 改造前，四台取水升压泵及所有开关进线的控制均设在水源地控制室，取水升压泵的控制均由安装于马赛克控制屏控制开关进行控制操作，并设有常规的声光报警光字等。每台泵的泵与阀门间的连锁回路设在相应的6KV开关控制柜内，由6KV开关的辅助接点和一时间继电器实现。在改造前运行方式中，取水升压泵与出口蝶阀的连锁关系是：

4.2.1.1补给水泵启动后3秒，出口液控换关逆止阀自动开启

4.2.1.2补给水泵停运，出口液控缓关逆止阀自动关闭

4.2.2 改造后，其控制仍然设在水源地控制室，安装一台管理机对变频器进行控制.原有控制只用于控制6KV开关的合断。另外变频器起停控制及连锁逻辑控制可由两个途径完成，采用那种方式可根据现场实际情况而定。这两种方式分别为：

4.2.2.1 全部由变频器完成，即变频器自身具有检测转速功能，同时还能够针对某一转速信号的采集形成相应的脉冲命令发出。该功能能够实现泵阀门连锁逻辑功能。控制室只需安装起停控制面板即可实现，但该方案不能完成对变频器一次系统状况进行监视；各电气设备、变频器、出口蝶阀等故障报警的采集并上传，在现场运行中存在实际安全隐患。采用该方案补充如上述功能后，方可满足现场需求。但该方式工作量小，实现容易，且方法简单。

4.2.2.2 第二种方式加装一套PLC控制柜，即PLC采集变频器转速信号，根据所采集的信号的运算由PLC发出相应开阀与关阀命令，同时对现场的各种电气量非电气量进行采集，可以实现对一次系统断路器、变频器、刀闸状态进行画面监视；各一二次电气设备、出口蝶阀等故障报警事故量的采集并在CRT画面显示及发出报警，该方式控制灵活，可以实现所需的功能。同时，该方案还可以为将来水源地控制进PLC奠定初步基础。经综合比较分析，我厂采用此方案。PLC与变频器及出口蝶阀的连锁逻辑关系为：

（1）停变频器后，PLC须发关阀指令；

（2）PLC发关阀指令后，必须停变频器；

（3）开阀指令在87%转速（1483*87% rpm）时发出，关阀指令在84%转速（1483*84% rpm）时发出；

（4）开阀、关阀信号都为长信号，且互为闭锁；

（5）在正常运行情况下，若全开信号突然消失，则应保护停泵关阀；

（6）报警信号：转速降至84%转速（1483*84% rpm）报警。

4.2.3在现场运行变频器刀闸柜内K1、K2、K3只有两对辅助触点，且其数量不能满足控制画面、逻辑输出、电气闭锁等控制逻辑需求，且可靠性存在一定问题。因此需在变频器柜加装一定数量的重动继电器回路来满足该需要，结合电气一次系统的接线方式，使得每组变频器及刀闸输出逻辑应能够满足：

（1）区分变频与工频运行方式，且两种运行方式互不影响；

（2）变频改造后，工频运行方式时，原连锁功能仍能够实现；

（3） 一变频一工运行方式下，变频器保护跳闸应正确动作于相应的6kV开关；

（4）一变频一工运行方式下，开阀关阀命令正确被相应阀门所执行，而不会发生错误。

结语

以上是对我厂变频改造的总体介绍。经改造后，实际运行，在变频运行方式下，一台泵电压降低约1KV，电流减小约40A，节省水源的同时，又能在节省电能上带来可观的经济效益。此方式值得推广。

变频电源篇7

论文关键词：变频电源,变压整流器,变压器设计

0引言

变频发电系统具有简单可靠的特点，在新一代飞机上得到了广泛的应用，如B787，A380，C919飞机均采用了变频发电系统。

飞机变压整流器将主交流电源转换成28V直流电源给直流用电设备供电。

1变压整流器工作原理

本方案设计的12脉冲变压整流器由一个变压器，两组三相整流桥等组成，其电路结构如图1所示。它利用一个三相变压器，其原边绕组采用星形连接，副边两绕组分别采用星形和三角形联接后分别接到两个整流桥，两组桥输出端经平衡电抗器并联，引出电抗器的中心抽头作为直流输出的正端，整流桥的负端直接相联后作为输出负端接至直流负载。

4.3仿真结论

经过仿真可知，设计的变压整流器可满足相关技术指标的要求，本设计方案可行。

5结论

本文以变频交流发电系统为基础，设计了一款变压整流器，并进行了仿真验证，仿真结果表明，设计的变压整流器性能良好。验证了设计的合理性，为对飞机变压整流器的进一步研究奠定了基础。

【参考文献】

[1]严仰光.航空航天器供电系统[M].北京：航空工业出版社.

[2]李传琦，盛义发.电子电力技术计算机仿真实验[M].北京：电子工业出版社.

变频电源篇8

关键词:变频器干扰抑制

Abstract:Theapplicationoftheinvertersintheindustrialproductionisbecomingmoreand

moreuniversal，anditsinterfaceisbeingpaidmuchattention.Thesourceandspreadingrouteinthe

applicationsystemoftheinverterareintroducedinthispaper，somepracticalresolventsareputforward，andtheconcretemeasuresinthesystemdesignandinstallmentareexpounded.

Keywords：InverterInterfaceRestrain

[中图分类号]TN973[文献标识码]B文章编号1561-0330(2003)06-00

1引言

变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信等技术于一体的高科技技术。它以很好的调速、节能性能，在各行各业中获得了广泛的应用。由于其采用软启动，可以减少设备和电机的机械冲击，延长设备和电机的使用寿命。随着科学技术的高速发展，变频器以其具有节电、节能、可靠、高效的特性应用到了工业控制的各个领域中，如变频调速在供水、空调设备、过程控制、电梯、机床等方面的应用，保证了调节精度，减轻了工人的劳动强度，提高了经济效益，但随之也带来了一些干扰问题。现场的供电和用电设备会对变频器产生影响，变频器运行时产生的高次谐波也会干扰周围设备的运行。变频器产生的干扰主要有三种：对电子设备的干扰、对通信设备的干扰及对无线电等产生的干扰。对计算机和自动控制装置等电子设备产生的干扰主要是感应干扰；对通信设备和无线电等产生的干扰为放射干扰。如果变频器的干扰问题解决不好，不但系统无法可靠运行，还会影响其他电子、电气设备的正常工作。因此有必要对变频器应用系统中的干扰问题进行探讨，以促进其进一步的推广应用。下面主要讨论变频器的干扰及其抑制方法。

2变频调速系统的主要电磁干扰源及途径

2.1主要电磁干扰源

电磁干扰也称电磁骚扰（EMI），是以外部噪声和无用信号在接收中所造成的电磁干扰，通常是通过电路传导和以场的形式传播的。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波会对同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干扰。另外，变频器的逆变器大多采用PWM技术，当其工作于开关模式并作高速切换时，产生大量耦合性噪声。因此，变频器对系统内其他的电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。另一方面，电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源，如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变，从而对电网中其他设备产生危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后，若不加以处理，电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源对变频器的干扰主要有过压、欠压、瞬时掉电；浪涌、跌落；尖峰电压脉冲；射频干扰。其次，共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器的正常工作。

2.2电磁干扰的途径

变频器能产生功率较大的谐波，对系统其他设备干扰性较强。其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分电磁辐射、传导、感应耦合。具体为：①对周围的电子、电气设备产生电磁辐射；②对直接驱动的电动机产生电磁噪声，使得电动机铁耗和铜耗增加，并传导干扰到电源，通过配电网络传导给系统其他设备；③变频器对相邻的其他线路产生感应耦合，感应出干扰电压或电流。同样，系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。下面分别加以分析。

（1）电磁辐射

变频器如果不是处在一个全封闭的金属外壳内，它就可以通过空间向外辐射电磁波。其辐射场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗以及干扰源的发射频率。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对接入同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。变频器的逆变桥大多采用PWM技术，当根据给定频率和幅值指令产生预期的和重复的开关模式时，其输出的电压和电流的功率谱是离散的，并且带有与开关频率相应的高次谐波群。高载波频率和场控开关器件的高速切换（dv/dt可达1kV/μs以上）所引起的辐射干扰问题相当突出。

当变频器的金属外壳带有缝隙或孔洞，则辐射强度与干扰信号的波长有关，当孔洞的大小与电磁波的波长接近时，会形成干扰辐射源向四周辐射。而辐射场中的金属物体还可能形成二次辐射。同样，变频器外部的辐射也会干扰变频器的正常工作。

（2）传导

上述的电磁干扰除了通过与其相连的导线向外部发射，也可以通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带入其它电路。与辐射干扰相比，其传播的路程可以很远。比较典型的传播途径是：接自工业低压网络的变频器所产生的干扰信号将沿着配电变压器进入中压网络，并沿着其它的配电变压器最终又进入民用低压配电网络，使接自民用配电母线的电气设备成为远程的受害者。

（3）感应耦合

感应耦合是介于辐射与传导之间的第三条传播途径。当干扰源的频率较低时，干扰的电磁波辐射能力相当有限，而该干扰源又不直接与其它导体连接，但此时的电磁干扰能量可以通过变频器的输入、输出导线与其相邻的其他导线或导体产生感应耦合，在邻近导线或导体内感应出干扰电流或电压。感应耦合可以由导体间的电容耦合的形式出现，也可以由电感耦合的形式或电容、电感混合的形式出现，这与干扰源的频率以及与相邻导体的距离等因素有关。

3抗电磁干扰的措施

据电磁性的基本原理，形成电磁干扰（EMI）须具备电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统等三个要素。为防止干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施。其中，硬件抗干扰是最基本和最重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制干扰，其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统对干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

（1）隔离

所谓干扰的隔离是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发生电的联系。在变频调速传动系统中，通常是在电源和放大器电路之间的电源线上采用隔离变压器以免传导干扰，电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。

（2）滤波

设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源及电动机。为减少电磁噪声和损耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器。为减少对电源的干扰，可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备，可在电源线上设置电源噪声滤波器，以免传导干扰。

（3）屏蔽

屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏。输出线最好用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短（一般为20m以内），且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路及控制回路完全分离，不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。

（4）接地

实践证明，接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。变频器的接地方式有多点接地、一点接地及经母线接地等几种形式，要根据具体情况采用，要注意不要因为接地不良而对设备产生干扰。

单点接地指在一个电路或装置中，只有一个物理点定义为接地点。在低频下的性能好；多点接地是指装置中的各个接地点都直接接到距它最近的接地点。在高频下的性能好；混合接地是根据信号频率和接地线长度，系统采用单点接地和多点接地共用的方式。变频器本身有专用接地端子PE端，从安全和降低噪声的需要出发，必须接地。既不能将地线接在电器设备的外壳上，也不能接在零线上。可用较粗的短线一端接到接地端子PE端，另一端与接地极相连，接地电阻取值<100Ω，接地线长度在20m以内，并注意合理选择接地极的位置。当系统的抗干扰能力要求较高时，为减少对电源的干扰，在电源输入端可加装电源滤波器。为抑制变频器输入侧的谐波电流，改善功率因数，可在变频器输入端加装交流电抗器，选用与否可视电源变压器与变频器容量的匹配情况及电网允许的畸变程度而定，一般情况下采用为好。为改善变频器输出电流，减少电动机噪声，可在变频器输出端加装交流电抗器。图1为一般变频调速传动系统抗干扰所采取措施。

以上抗干扰措施可根据系统的抗干扰要求来合理选择使用。若系统中含控制单元如微机等，还须在软件上采取抗干扰措施。

（5）正确安装

由于变频器属于精密的功率电力电子产品，其现场安装工艺的好坏也影响着变频器的正常工作。正确的安装可以确保变频器安全和无故障运行。变频器对安装环境要求较高。一般变频器使用手册规定温度范围为最低温度-10℃，最高温度不超过50℃；变频器的安装海拔高度应小于1000m，超过此规定应降容使用；变频器不能安装在经常发生振动的地方，对振动冲击较大的场合，应采用加橡胶垫等防振措施；不能安装在电磁干扰源附近；不能安装在有灰尘、腐蚀性气体等空气污染的环境；不能安装在潮湿环境中，如潮湿管道下面，应尽量采用密封柜式结构，并且要确保变频器通风畅通，确保控制柜有足够的冷却风量，其典型的损耗数一般按变频器功率的3%来计算柜中允许的温升值。安装工艺要求如下：

①确保控制柜中的所有设备接地良好，应该使用短、粗的接地线（最好采用扁平导体或金属网，因其在高频时阻抗较低）连接到公共地线上。按国家标准规定，其接地电阻应小于4欧姆。另外与变频器相连的控制设备（如PLC或PID控制仪）要与其共地。

②安装布线时将电源线和控制电缆分开，例如使用独立的线槽等。如果控制电路连接线必须和电源电缆交叉，应成90°交叉布线。

③使用屏蔽导线或双绞线连接控制电路时，确保未屏蔽之处尽可能短，条件允许时应采用电缆套管。

④确保控制柜中的接触器有灭弧功能，交流接触器采用R-C抑制器，也可采用压敏电阻抑制器，如果接触器是通过变频器的继电器控制的，这一点特别重要。

⑤用屏蔽和铠装电缆作为电机接线时，要将屏蔽层双端接地。

⑥如果变频器运行在对噪声敏感的环境中，可以采用RFI滤波器减小来自变频器的传导和辐射干扰。为达到最优效果，滤波器与安装金属板之间应有良好的导电性。

4变频控制系统设计中应注意的其他问题

除了前面讨论的几点以外，在变频器控制系统设计与应用中还要注意以下几个方面的问题。

（1）在设备排列布置时，应该注意将变频器单独布置，尽量减少可能产生的电磁辐射干扰。在实际工程中，由于受到房屋面积的限制往往不可能有单独布置的位置，应尽量将容易受干扰的弱电控制设备与变频器分开，比如将动力配电柜放在变频器与控制设备之间。

（2）变频器电源输入侧可采用容量适宜的空气开关作为短路保护，但切记不可频繁操作。由于变频器内部有大电容，其放电过程较为缓慢，频繁操作将造成过电压而损坏内部元件。

（3）控制变频调速电机启/停通常由变频器自带的控制功能来实现，不要通过接触器实现启/停。否则，频繁的操作可能损坏内部元件。

（4）尽量减少变频器与控制系统不必要的连线，以避免传导干扰。除了控制系统与变频器之间必须的控制线外，其它如控制电源等应分开。由于控制系统及变频器均需要24V直流电源，而生产厂家为了节省一个直流电源，往往用一个直流电源分两路分别对两个系统供电，有时变频器会通过直流电源对控制系统产生传导干扰，所以在设计中或订货时要特别加以说明，要求用两个直流电源分别对两个系统供电。

（5）注意变频器对电网的干扰。变频器在运行时产生的高次谐波会对电网产生影响，使电网波型严重畸变，可能造成电网电压降很大、电网功率因数很低，大功率变频器应特别注意。解决的方法主要有采用无功自动补偿装置以调节功率因数，同时可以根据具体情况在变频器电源进线侧加电抗器以减少对电网产生的影响，而进线电抗器可以由变频器供应商配套提供，但在订货时要加以说明。

（6）变频器柜内除本机专用的空气开关外，不宜安置其它操作性开关电器，以免开关噪声入侵变频器，造成误动作。

（7）应注意限制最低转速。在低转速时，电机噪声增大，电机冷却能力下降，若负载转矩较大或满载，可能烧毁电机。确需低速运转的高负荷变频电机，应考虑加大额定功率，或增加辅助的强风冷却。

（8）注意防止发生共振现象。由于定子电流中含有高次谐波成分，电机转矩中含有脉动分量，有可能造成电机的振动与机械振动产生共振，使设备出现故障。应在预先找到负载固有的共振频率后，利用变频器频率跳跃功能设置，躲开共振频率点。

5结束语

以上通过对变频器运行过程中存在的干扰问题的分析，提出了解决这些问题的实际方法。随着新技术和新理论不断在变频器上的应用，变频器应用存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解决。随着工业现场和社会环境对变频器的要求不断提高，满足实际需要的真正“绿色”变频器不久也会面世。

参考文献

[1]韩安荣.通用变频器及其应用（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2000

[2]吴忠智，吴加林，变频器应用手册[Z].北京：机械工业出版社，1995

[3]王定华等.电磁兼容性原理与设计[M].四川：电子科技大学出版社，1995

[4]电磁兼容性术语（GB/T43651995）[S].北京：中国标准出版社，1996

变频电源篇9

关键词：变频器的切换 惯性负载 冲击电流 差频同相

中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）002-040-02

1 引言

变频器、实际就是运动控制系统中的功率变换器，提供可控的高性能变压变频交流电源，在自动化控制系统应用越来越广泛，其中变频器应用最突出的特点有一台变频器与电动机组、多台变频器与电动机组协调运行，共同完成一项生产过程，在控制方式上常用PC、PLC联动组网等控制方式，有变频调速传动系统、也有变频恒压泵控系统和风机类控制系统等，本文主要讲述变频器在应用运行时要注意的问题及解决方法。

2 惯性负载电流对变频器的冲击

常用由变频器拖带的惯性负载、要通过工频供电或变频器的切换调压供电，通常的用电负载都是电动机。此时的电动机、在工频与变频切换时、电动机的转速不要下降太多。所以切换时间应尽量地短；另一方面，还要缩短切换时间，但在切换瞬间，电磁过渡过程远未结束，存在着定子绕组的电动势与电源电压叠加的问题。即产生大电流的原因十分明显，如果电动机由原变频跳变到与工频电源接通，在切换接通的瞬间，电源电压恰好与定子绕组的电动势同相，如图1所示，则切换时将没有附加的冲击电流；反之，如果电动机由原工频跳变到变频时与电源接通，即在切换接通的瞬间，电源电压恰好与定子绕组的电动势反相，如图2所示，则切换时必将产生很大的冲击电流，在最严重的情况下，冲击电流可接近于直接起动电流的2倍。但冲击电流的大小与变频器拖带惯性负载大小有关，对不同负载、其具体措施也不相同。

2.1 拖带大惯性负载时

大惯性负载在自由制动过程中，转速下降较慢，可达数秒或数十秒。此时电磁反应过渡过程的时间很短，只有1s左右。因此，在电动机从变频电源上断开，到接通工频电源之间的延时，只要调整到大于1s，就可以“躲开”电磁过渡过程，也就避免了冲击电流的产生。

2.2 拖带小惯性负载时

如部分风机类和泵控系统的电动机，其自由制动的过程与电磁反应过渡过程十分接近，则切换时必须进行相位搜索，以保证在接通工频电源的瞬间，工频电源的电压与定子电动势处于同相位状态（或接近于同相位状态），从而避免冲击电流。

3 差频同相的提出依据

对于大惯性负载、其电动机的运行通常由变频切换在工频上运行，从图1看出：电磁反应过渡过程的时间TF都较易调整大于时间TD就可避免了冲击电流的产生。而风机类和泵控类的小惯性负载电动机、要避免冲击电流过大，就必需将图2的电源电压波形与电动机定子绕组电动势波形调整到同相位时进行变频切换到工频，才能有效防止过大的冲击电流。而采用“差频同相”的切换方法，可使切换瞬间最大电流的峰值不超过电动机额定电流的2倍（IM′≤2IMIN）。

4 差频同相的实施

在变频器输出频率与电源频率切换时，利于两者的同相点之间将不断地作相对移动、从而“捕捉”到同相点。差频同相的方法既简单又可靠，但也要对变频器和惯性负载的切换响应有所考虑。

4.1 上限频率的合理预置

因为变频器的输出频率与电源的频率差？越小，则同相点之间作相对移动的速度就越慢，“捕捉”同相点就越困难。所以，变频器的上限频率预置应小于50Hz的某个数值（如49.5Hz）。这个要求在变频泵控系统和风机类控制系统的工作并不相悖。从节能的观点出发，这两大类控制系统的预置时，工作在50Hz是并不可取的。因为，同样运行在50Hz下，变频运行比工频运行时的功耗要大一些。所以，把变频器的上限频率预置为49.5Hz或稍高一些是合理的。

4.2 预置切换的工作过程

当变频泵控系统或风机类控制系统中变频器的运行频率达到上限频率，并且经过确认时间，确认需要切换时，控制系统通过控制电路或程序将向“自动转换监控器”发出切换指令。“自动转换监控器”在得到指令后立即开始“捕捉”同相点，当“捕捉”到同相点时，切换工作即告完成。

4.3 关于切换时间（100ms）的预置

由上述的分析、并按所提的预设方法，当变频器由工频切换到变频时，同相点的跟随时间都很快。在拖带风机类和泵控系统较大惯性负载时，其冲击电流没有出现过大，对较小惯性负载时，其切换跳变非常平稳、也没有出现过大冲击电流，其峰值电流没超过电动机额定电流的1.5倍（IM′≤1.5IMIN）。

5 接入限流电抗器

随着变频器的广泛应用，变频器内部的保护电路、切换预置等已越来越完善。如果变频器本身具有切换功能者，一般都可以实现从工频运行切换至变频运行，切换时变频器将自动进行频率搜索。对变频器拖带惯性负载的应用，有内预置也有外置，通过程序的编写就能达到设计的目的，如采用PLC可编程控制器PID的调节来达到切换的时间响应，使变频器在频率切换时平稳、避免过大的冲击电流。但要注意的、当自行设计切换电路进行切换时，由于无法起动变频器的“频率搜索”功能，故切换时必须有可靠的限流措施，以保护变频器。经过多次的试运行、建议采用的限流措施便是在变频器和电动机之间接人输出电抗器XL，在变频器频率切换时、电路分别接入KM1与KM2，用KM3接入工频电源，如图5所示。由于在工频运行时接人电抗器会降低功率因数，故电抗器仅在变频运行时接人。

6 结语

通过对多台设备的改造及实验调试，考虑变频恒压泵控系统和风机类控制系统在切换运行过程中，响应时间没有太高的要求，切换时间的预置都较慢些，系统运行相当平稳，没出现太大的冲击电流。在一些自动控制系统拖带有大小变动的惯性负载、而且要求变频器切换快速的生产线等设备，采用上述的方法进行反复调试，系统运行避免过大的冲击电流，有效保护变频器由工频电源切换变频电源的平稳切换过程，使系统设备正常运行。

参考文献：

[1] 吴志忠，吴加林.变频器应用手册（第3版）[M].北京：机械工业出版社，2008.

变频电源篇10

关键词：谐波；变频器；RLC电路；无源滤波器；有源滤波器；无功补偿

一、谐波的产生

随着电力电子技术的发展，变频器在电力电子系统、工业等诸多领域中的应用日益广泛，变频器产生的高次谐波对公用电网产生的危害也日益严重。其中包括：

1）谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾；2）谐波影响各种电器设备的正常工作，使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热，使绝缘老化，寿命缩短以至损坏；3）谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，引起严重事故；4）谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作；5）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测量仪表计量不准确。

由于公用电网中的谐波电压和谐波电流对用电设备和电网本身都造成很大的危害，世界许多国家多了限制电网谐波的国家标准，由权威机构制定限制谐波的规定。世界各国制定的谐波标准大都比较接近。我国由技术监督局于1993年了，并从1994年3月1日起开始实施。

变频器是工业调速传动领域中应用较为广泛的设备之一。变频器是把工频（50HZ）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电转换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。由于变频器逆变电路的开关特性，对其供电电源形成了一个典型的非线性负载。因此以变频器为代表的电力电子装置是公用电网中最主要的谐波源之一。

谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常也称为高次谐波。就电力系统中的三相交流发电机发出的电压来说，可以认为其波形基本上是正弦量，即电压波形基本上无直流和谐波分量。但由于电力系统中存在着各种各样的谐波源，特别是变流装置等设备。其中变频器的输入侧产生谐波的机理是：凡是在电源侧有整流回路的都产生因其非线性引起的谐波。

而变频器输出侧产生谐波的机理是：在逆变电路中，对于电压型电路来说，输出电压是矩形波。对电流型电路来说，输出电流是矩形波。

矩形波中含有较多的谐波，对负载会产生不利影响，因此即使电力系统中电源的电压是正弦波，也会由于非线性元件的存在使得电网中总有谐波电流或电压的存在。因此电网谐波的存在主要在于电力系统中存在各种非线性元件。

二、谐波的治理方法

目前谐波的治理可采用以下方法：

（1）变频器的隔离、屏蔽、接地：变频器系统的供电电源与其它设备的供电电源相互独立。或在变频器和其它用电设备的输入侧安装隔离变压器。或者将变频器放入铁箱内，铁箱外壳接地。同时变频器输出电源应尽量远离控制电缆敷设，必须靠近敷设时尽量以正交角度跨越，必须平行敷设时尽量缩短平行段长度，输出电缆应穿钢管并将钢管作电气连通并可靠接地。

（2）加装交流电抗器和直流电抗器：当变频器使用在配电变压器容量大于500KVA，且变压器容量大于变频器容量的10倍以上，则在变频器输入侧加装交流电抗器。而当配电变压器输出电压三相不平衡，且不平衡率大于3% 时，变频器输入电流峰值很大，会造成导线过热，则此时需加装交流电抗器。严重时则需加装直流电抗器。

（3）加装无源滤波器：将无源滤波器安装在变频器的交流侧，无源滤波器由 L、C、R元件构成谐波共振回路，当 LC回路的谐波频率和某一次高次谐波电流频率相同时，即可阻止高次谐波流入电网。

（4）加装有源滤波器：早在70年代初，日本学者就提出有源滤波器的概念，有源滤波器通过对电流中高次谐波进行检测，根据检测结果输入与高次谐波成分具有相反相位电流，达到实时补偿谐波电流的目的。

（5）加装无功功率静止型无功补偿装置：对于大型冲击性负荷，可装设无功功率的静止型无功补偿装置，以获得补偿负荷快速变动的无功需求，改善功率因数，滤除系统谐波，减少向系统注入谐波电流，稳定母线电压，降低三相电压不平衡度，提高供电系统承受谐波能力。而其中以自饱和电抗型（SR型）的效果最好，其电子元件少，可靠性高，反应速度快，维护方便经济，且我国一般变压器厂均能制造。

（6）线路分开：因电源系统内有阻抗，所以谐波负荷电流将造成电压波形的谐波电压畸形。把产生谐波的负荷的供电线路和对谐波敏感的负荷供电线路分开，线性负荷和非线性负荷从同一电源接口点PCC开始由不同的电路馈电，使非线性负荷产生的畸变电压不会传导到线性负荷上去。

（7）电路的多重化、多元化：逆变单元的并联多元化是采用2个或多个逆变单元并联，通过波形移位叠加，抵消谐波分量；整流电路的多重化是采用12脉波、18脉波、24脉波整流，可降低谐波成分；功率单元的串联多重化是采用多脉波（如30脉波的串联），功率单元多重化线路也可降低谐波成分。此外还有新的变频调制方法，如电压矢量的变形调制。

（8）变频器的控制方式的完善：随着电力电子技术、微电子技术、计算机网络等高新技术发展，变频器控制方式有了以下发展：数字控制变频器，变频器数字化采用单片机MCS51或80C196MC等，辅助以SLE4520或EPLD液晶显示器等来实现更加完善的控制性能；多种控制方式结合，单一的控制方式有着各自的缺点，如果将这些单一控制方式结合起来，可以取长补短，从而达到降低谐波提高效率的功效。

（9）使用理想化的无谐波污染的绿色变频器：绿色变频器的品质标准是：输入和输出电流都是正弦波，输入功率因数可控，带任何负载使都能使功率因数为1，可获得工频上下任意可控的输出功率。

三、结论

综上所述，可以了解变频器以及变频器谐波产生的机理，变频器谐波以及其危害性，以及采用变频器隔离、接地或采用无源滤波器、有源滤波器、加设无功补偿装置以及绿色变频器等方法。随着电力电子技术以及微电子技术等技术的飞速发展，在治理谐波问题上将会迈上一个新的台阶，将变频器产生的谐波控制在最小范围之内以达到抑制电网污染，提高电能质量。

参考文献：

[1]韩安荣. 通用变频器及其应用（第2版）[M]. 北京：机械工业出版社，2000

[2]张宗桐. 变频器及其装置的EMC要求[J]. 变频器世界，2000，（9）：20～23

[3]缴瑞山. 单片机控制技术. 高等教育出版社，2003