变频器的基本原理.doc

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1、交流驱动近年来，随着微处理器和半导体技术的发展，交流变频调速理论不断发展，大功率变频器的性能和可靠性的不断提高，岸桥控制上越来越多地使用了交流变频技术。各大电气制造商相继推出了自己的交流控制系统，使这项控制技术日趋成熟。实践证明这种交流控制系统具有许多优点：（1）交流电机无需整流子和调换电刷，减少了维护工作量、防护等级高，节省了大量维修费用和维护时间。（2）变频器加装直流电抗器以后，整体装置的功率因素高干0.9；如采用正弦波滤波器，功率因素接近于1。（3）考虑到维护的费用，交流系统有一定的价格优势，且随大容量主电路元件的开发运用，变频驱动的价格尚有较大的下降空间。1.驱动系统组成

2、B.异步电机C.编码器（也可不用）2.交流驱动的原理交流驱动的执行机构是交流异步电机。交流异步电机在设计制造完成以后，其基本特性已经确定，即其输出转矩只与滑差转速有关，空载时电机转速与同步转速相同，带载时随着负载大小的变化，电机转速较同步转速有一个相应的微小差异。有以下关系式：电机实际转速＝同步转速－滑差转速式中滑差转速与负载有关，所以，只要改变同步转速，就能改变电机转子的实际转速。而同步转速no满足下式:式中P为电机级数，为常数，所以，只要改变电机输入端的频率，就能改变电机的同步转速，进而改变电机转子的实际输出转速。3.交流驱动的控制方式交流驱动的控制方式主要有以下几种：V／F

3、控制、电压矢量控制、速度闭环矢量控制和直接转矩控制等。起升及小车运行机构使用闭环矢量控制，大车运行及俯仰机构使用V／F控制。（1）V／F控制方式。又名VVVF控制。早期变频器多采用V／F控制，逆变器控制输出交流频率，并同时保证输出电压的幅值与频率成一定的比例关系（为了保持电机磁场恒定），转子转速将随负载转矩变化而略有变化。但由于异步电机特性较硬，额定负载时的滑差转速一般只有工频同步转速的4%，所以，这种控制方式适用于速度精度要求不十分严格的场合。它的优点是开环控制，不需要速度传感器，稳定性好。缺点是低频时难以保证电机磁场恒定不变。岸桥的大车行走机构对调速精度的要求不是很高，所以常

4、用这种控制方式，而且让一台变频器带几台电机并联使用，能将多台电机自动拉人同步。（2）电压矢量控制。电压矢量控制基于变频器的拓扑结构，通过控制逆变器输出的电压量，在电机内部产生圆型旋转磁场。采用这种控制方式的电压利用率高。如果进行电压矢量控制时，以恒定的电机旋转磁场为控制目标，就成为磁通矢量控制。采用这种控制方式在计算中需要预先知道电机和布线的参数，所以要进行电机自动调整，以测得这些参数。现在的磁通矢量控制能在开环情况下达到1：10O的转速比。（3）转速闭环矢量控制。对转矩要求高、响应快的控制系统而言，矢量控制方式是较好的选择。矢量控制方式是根据交流电动机的动态数学模型，利用坐标变

5、换，将交流电动机的定子电流分解成磁场电流分量和转矩电流分量，并加以控制，以获得类似于直流调速系统的动态性能。采用磁通矢量控制时，变频器必须很好地与电机配合，所以需要电机参数和来自电机的反馈信号，即速度传感器是必不可少的。变频器和各电机采用一对一的控制方式。岸桥的起升及小车机构对可靠性的要求非常高，要求变频器在零速运行时有较大的转矩输出，所以，在起升机构和小车运行机构中必须使用矢量控制的方式。不同型号的变频器所采用的控制方式是不同的，所以在确定不同机构所选用的变频器时，必须了解该变频器的控制方式及其适用范围。一台性能较全的变频器通常可以选择几种控制方式，在使用时必须加以合理的运用。

6、（4）直接转矩控制。直接转矩控制是转矩控制的另一种控制方式，它采用数字信号处理硬件，对于力矩和速度的控制，是直接基于电动机的电磁状态，首次采用对力矩磁通进行控制的传动技术，大大提高了传动装置对于要求力矩改变时做出响应的速度。这种控制方式的优点是有优越的动态性能，低频时对力矩的响应更好。在岸桥的控制系统中，也采用这种控制方式的变频调速系统，但是一次性投资较大。4.岸桥对交流驱动的特殊要求对起升机构而言，恒功率控制是一个特殊的问题。即在额定负载时，电机转速为额定转速；当负载减小时，电机速度相应提高。适合起升专用的变频器能自动检测负载的转矩，并根据测得的负载转矩变化情况，保持恒功率输出

7、。轻载时电机运转速度成倍提高，以提高工作效率。起升及俯仰机构的另一个特殊要求，是当电机处于发电机运行状态时的能量处理。常规的处理方法是采用制动电阻将能量消耗掉，但这样会浪费宝贵的能源；较先进的方法是使用能量反馈单元，将能量直接送回电网。现在已有将整流桥和能量反馈单元整合在一起，能实现能量的双向流动；同时保证电流波形与电网电压波形同相的正弦波。总之，随着技术的进一步发展，交流变频技术将会越来越多的被运用到岸桥的控制中去。一.变频器的基本原理1.异步电动机的调速原理异步电动机的同步转