变频电源篇1

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2

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。

2SMPS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3

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（50Hz）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4

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

SPWMVariableFrequencyPowerSupplyBasedonSA8282andSingleChipMicrocomputer

LUOHuiqian,QINFan

(SchoolofAutomation,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan,430070,china)

Abstract:Thisdesignuses8051ascontrollerandcombinesspecial_purposeSPWMintegratedcircuitdesignSPWMfrequencyconversionpowersupply.ThemaincircuitformofthesystemadoptsAC_DC_ACstructure,theinverterpartconsistofIGBTSandaparallelbuffercircuit.Thesystemadoptsthree_phasewholewaveuncontrolledrectificationinputcircuit,improvesqualityoftheelectricwhichissuppliedtoinverter.Thecontrolcircuitofthesystemconsistsofis8051single_chipmicrocomputerminimumsystemofMCS-51seriesandthreephasesSPWMgeneratorintegratedcircuitSA8282andasmallamountofperipheralchipofexpansion,thepowersupplyhasagoodapplicationprospectwiththeadvantagesofreliability,feasibilityandadaptability.

Keywords:powersupply;SPWM;controller;singlechipmicrocomputerminimumsystem

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。

1SA8282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12.5MHz时,载波频率可达24kHz,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1SA8282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:+5V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12.5MHz时,载波频率最高可达24kHz,输出调制频率最高可达4kHz,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20~100Hz,各相电压有效值之差小于0.5V;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198~242V,负载电流有效值为0.5~3A时,输出线电压有效值应保持在36V,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5

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6

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