交变电流范文

交变电流篇1

单纯的电容器无法将交流电转变为直流电，要使交流电转变为直流电，首先用桥式二极管电路进行半波整流，经过整流后，再用滤波电容得到稳定的直流输出。

滤波电容：安装在整流电路两端用以降低交流脉动波纹系数，提升高效平滑直流输出的一种储能器件。

（来源：文章屋网 ）

交变电流篇2

关键词：单片机；VVVF；变压变频；电梯调速

中图分类号：TU857 文献标识码：A 文章编号：

Design of AC VVVF Elevator Speed Governing System

Abstract: This paper mainly introduces the single chip microcomputer to control chip, using VVVF variable voltage and variable frequency control strategy of elevator speed control system hardware and software design.

Key words: single chip microcomputer; VVVF; Variable voltage and variable frequency; Elevator speed governing

1前言

随着现代建筑的蓬勃发展，日益增多的高层建筑已成为现代都市的重要标志。 作为高层建筑的垂直运载工具，电梯也倍受青睐。其需求量越来越大，性能越来越高。 而电梯性能的优劣，在很大程度上取决于电动机转速的调控。例如:：平稳启动、平稳加减速、平稳停车。 以满足人们快捷、舒适的需求；节能、环保以满足用电质量的要求。因此，电动机的调速拖动系统是电梯的核心部分。为此,，人们花费了大量精力，历经一个多世纪,，使电梯的调速性能不断提高完善。

2系统简介

自从19 世纪末, 美国奥梯斯公司制造出世界上第1 台电梯到20 世纪50 年代, 电梯几乎都是由直流电动机拖动的。其调速的平滑性好、范围广, 无噪音, 能满足人们快捷、舒适的要求。但直流电动机具有结构复杂、制造和维修困难、体积大、占地面积大等缺点。为此, 力图用运行可靠、结构简单、体积小、价格低、便于制造和维修的三相交流异步电动机, 来

代替直流电动机。而代替的关键就在于异步电动机的调速性能。

80年代以后随着微机的发展而开发出来的新的控制电动机定子供电电压与频率的调速方法一VVVF。VVVF有着调速范围宽、调速平滑性好等一系列优点，故而本设计采用了VVVF调速系统，以8051单片机为控制核心，随时从EPROM中读取速度给定值，使其给定满足理想的电梯速度曲线(抛物线一直线综合型)，并在单片机内实现电流和速度的PI调节，以达到电梯的“快、稳、准"的要求。

VVVF调速系统采用交一直一交的方式，整流部分采用不可控整流二极管整流，这样可以保证直流部分电压的基本恒定，而逆变部分采用IGBT，而用SPWM来控制IGBT的导通和关断。SPWM(正弦波脉宽调制)的方法同时改变电压的幅值和频率。

3VVVF闭环控制策略

VVVF，顾名思义，就是变压变频的意思，在电机学中，电动机定子绕组的感应电动势

（1）

若略去电动机定子绕组中的阻抗压降，则定子绕组进线端点近似等于

又知，在电机学中，交流电动机的转矩为

（2）

由（2）式知，当外加负载转矩不变时（人数一定时，电梯属于恒转矩负载），随着的增加而减少，或随着的减少而增加，将导致电动机转子电流有功分量的变化，使得电机的效率变低，同时电机的最大转矩也将变化，严重时会使电动机堵转，而长时间堵转会烧坏电动机，且随着的减少而增加时，也会导致磁路饱和，励磁电流增大，使电机铁耗和铜耗增大。

因此，想要通过调节来调速，需要保持恒定，由（1）式知需使保持恒定，调频的同时必须调压。

在电机中增加编码器测速装置，利用给定与反馈的差值通过PI调节得出转差频率，即使系统构成闭环，增加动静态性能。

4 硬件设计

本文介绍了基于单片机的电梯控制系统，硬件部分主要由单片机最小系统模块、电梯间电路模块、电梯内电路模块、楼层检测模块、电动机驱动模块、报警模块等7部分组成。该系统采用单片机（8051）作为控制核心，内外招使用按键按下与否而引起的电平的改变， 作为用户请求信息发送到单片机，单片机控制电动机转动，单片机根据楼层检测结果控制电机停在目标楼层。楼层检测使用光电传感器，电动机控制部分采用直流电动机及H桥式驱动。

电动机驱动变频变压控制电路主要包括：

整流电路：整流器有3块二极管模块(每个模块有2只二极管)组成不可控整流电路。为避免整流开始时产生的较大的冲击电流导致模块损坏，在整流器与逆变器之间并联一只大电容，并在整流器工作之前就对电容预先充电。

滤波电路：经过整流后的输出电压波形离所要求的平滑直流状态还差的远。因此还要有滤波的措施。滤波电路是要抑制所有的交流成分而只保留直流成分。由于需要供给较大的电流和输出较大的电压，所以采用无源元件组成滤波电路，常采用大电感和大电容进行滤波，本系统采用电压型(大电容)滤波方式。

泵升限制电路：泵升限制电路，也即回馈制动电路，直流电源采用二极管构成的整流装置，因其电流不可逆，在回馈制动阶段，电动机成发电机状态，通过续流二极管向滤波电容充电，造成瞬间电压升高，称作“泵升电压”。如果回馈能量过大，泵升电压过高，将危及功率开关及整流二极管，同时为了加快制动时间，采用了泵升电压限制电路，当滤波电容两端电压值大于一定值时，比较器的输出端由低电平变为高电平，以导通制动回路，回馈的能量消耗在制动电阻上。

逆变电路：逆变器是主回路中最重要的部分，其目的是把整流得到的直流电源逆变成电压、频率均可调的交流电压，以调节电动机转速。在本系统中采用IGBT作为功率管，根据电梯的性能以及整流侧输出电压电流大小通过SPWM算法来控制IGBT的导通与关断。如图1所示

反馈电路：速度编码器

电气保护电路：在电器控制中，必要的保护是必须的，这样电路必须满足对电动机的起动，停止能实现远程控制。当电动机正在运行时，突然停电后再来电时，电动机不允许自起动，且具有过载、短路等保护。

输入电抗器：其目的是与电源匹配、改善功率因素，降低高次谐波对其它设备的影响；

输出电抗器：降低电动机噪声；

熔丝：提供短路保护；

热继电器：提供过载保护；

制动抱闸：只有在供电的情况下电动机才旋转，同时突然断电时，立即制动电动机。

图1 三相逆变电路框图

图2三相桥式PWM逆变器的双极性SPWM波形

图2为三相PWM波形，其中

ura 、urb 、urc为A，B，C三相的正弦调制波， uc为双极性三角载波；

uAO’ 、uBO’ 、uCO’ 为A，B，C三相输出与电源中性点N’之间的相电压矩形波形；

 uAB为输出线电压矩形波形，其脉冲幅值为+Ud和- Ud ；

uAN为三相输出与电机中点N之间的相电压。

5 软件设计

软件部分使用c语言，简单易懂，利用中断方式来检测用户请求的按键信息，根据电梯运行到相应楼层时，光电传感器产生电平变化，送到单片机计数来确定楼层数，并送到数码管进行显示。硬件设计简单可靠，结合软件，基本实现了电梯运行的模拟。

图3闭环VVVF模块框图

VVVF软件设计模块框图如图3所示，由给定转速与反馈转速差值送入PI调节器，得出转差频率，加上反馈频率即为输出频率，乘上压频比得到转差电压，经过补偿后与反馈频率得到的电压值相加即为输出电压，将与送入SPWM模块计算后发波控制逆变电路调节电机转速。

6 结语

电梯是都市生活中不可缺少的交通工具，而电梯性能的优劣在很大程度上取决

于其拖动系统的性能，随着微机和微电子的发展，电梯拖动系统进入了全微机化的时

代。本系统是基于单片机8051控制电梯VVVF调速系统，比同容量的直流电动机调速具有体积小、占空间少、结构简单、维护方便、可靠性高、价格低等优点。融入先进的微机技术，采用SPWM算法，明显改善了电梯运行质量和性能：调频范围广、控制精度高、动态性能好、舒适、安静、快捷。并且改善了电动机供电电源的质量，减少了谐波, 提高了效率和功率因数, 节省了能源，具有很高的可靠性。

7参考文献

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交变电流篇3

交变电流在生活和生产中有广泛的应用，电流、电压随时间做周期性变化的的电流叫做交变电流，方向不随时间变化的电流称为直流电，与直流电相比，交变电流强调更多的是电流方向随时间做周期性变化，由于交变电流比恒定电流要复杂得多，所以描述交变电流的物理量有周期、频率、瞬时值、峰值、有效值、平均值等.其中一个比较重要的物理量是有效值，新教材引入有效值的概念的思路与过去的教科书基本相同，而引入的方式略有不同.新教材通过“思考与讨论”的栏目，设计一个让学生自主研究交变电流通过电阻时产生热量的问题情景，为新概念的引入做了很好的铺垫.由于交变电流的大小和方向随时间变化，它产生的效果也随时间变化，但在处理实际问题中，常常只要知道它的平均效果就可以了，例如：流过电灯的交变电流不断变化，为什么看不出灯光会一亮一暗？这是由于电流变化太快，而人眼有视觉暂留的缘故.当电流变小时，灯丝还来不及变冷，电流又变大了，所以灯丝总是热的.也就是说，灯丝的亮度是电功率随时间变化的平均效果.

1 交变电流的有效值

我们可以从交变电流的热效应考虑，某个交变电流和多大的恒定电流相当，由此引入有效值的概念.我们可以让某个交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在一个周期内交变电流产生的热效应与相等时间内恒定电流产生的热效应相同，就可以用恒定电流的电压和电流来表示交变电流的电压和电流的平均效果.在交变电流中有实际意义的往往不是瞬时功率，而是它在一个周期内的平均效果，则在形式上写成与直流电路功率相同的公式：P=UI，I和U就是交变电流的有效值，有效值的实际意义也正是基于有效值与平均功率的如此密切的关系.特别值得注意的是，以前的教科书只是提到在相等时间内两者产生的热量相等.新的教科书第一次明确提出了用一个周期的时间来定义有效值，这样使有效值的概念更加准确.下面用两个具体例子来说明如何求解交变电流的有效值.

例1 如例1图所示为一交变电流的i-t图象，该交变电流的有效值为多少？

规范思维 （1）计算有效值一般取交变电流的一个周期；（2）不要盲目套用公式，2倍关系只适用于正弦式交流电.

例2 两个完全相同的电热器，分别通过如图a和b所示的电流最大值相等的方波交变电流和正弦交变电流，则这两个电热器的电功率之比Pa∶Pb等于多少？

解析 有效值与最大值关系I=I2是仅对正弦交变电流适用，即对于b图才有Ib=I2，Pb=I2bR=12I2mR，对于a图的方波交变电流来说，由于每时刻通过电阻R的电流都是Im，只是方向做周期性变化，而对于电流通过电阻发热来说，它与电流方向是没有关系的.因此从热效应来说，图（a）交变电流与电流是Im的恒定电流是等效的，也可以说a图交变电流有效值就是Im.因此Ia=Im，Pa=I2aR=I2mR.所以

Pa∶Pb =1∶12=2∶1.

2 正弦式交变电流有效值与峰值的关系

在例题2中提到了交变电流的最大值，书本上称之为“峰值”，教科书上是如此描述的：交变电流的峰值Im或Um是它能达到的最大数值，可以用来表示电流的强弱或电压的高低.例如，把电容器接在交变电路中，就需要知道电压的峰值.电容器所能承受的电压要高于交变电流的峰值，否则电容器就会被击穿.从这句话中我们能知道电容器的击穿电压是指交变电流的峰值.我们日常生活中遇到的交变电流有：正弦式交变电流、锯齿形交变电流、矩形交变电流等，其中最常见的正弦式交变电流，书本上只有这么一句话：理论计算证明，正弦式交变电流的有效值与峰值是2倍关系，没有具体的描述，下面想通过三种方法来说明正弦式交变电流的有效值与峰值是2倍关系.

2.1 利用微积分的方法

如果交变电流经过一个阻值不变的电阻R，在一个周期内消耗的电能和一恒定电流经过同一电阻消耗的电能相等，则此恒定电流I的大小就是交变电流i的有效值.它们的关系是

也就是说，交变电流的有效值等于这个电流在一个周期内的平方根值，这个关系适合于一个周期内平均值不为零的周期性电流.同理交变电压有效值

交变电流在电阻R上瞬间消耗的瞬时功率P，

通常有意义的不是瞬时功率，而是平均功率.平均功率是瞬时功率在一个周期T内的平均值

对于正弦式交变电流I（t）=Imsinωt，在纯电阻电路中，u（t）与i（t）同相，无相位差，u（t）=Umsinωt，在一个周期T内的平均功率为

在纯电阻电路中，u（t）、i（t）相位一致，因而任何时刻输入电阻的瞬时功率P（t）都是正的，这些电能全部转化为焦耳热，这和恒定电流是相同的.对于恒定电流I有P=UI=I2R，两者一比较，我们可以得出I=Im2，同理可以得出U=Um2.这就是正弦式交变电流的有效值与峰值是2倍关系.这个推导要借助微积分思想，这对于一个高二学生来讲可能有点困难，下面介绍第二种方法.

2.2 利用初等函数来推导

由于正弦式交变电流波形是对称的，在每一个t2-t1=T4内，当t1=kT4，（k=0、1、2、…）时，电流的有效值与一个周期内的有效值是相同的；对其定性分析，高中生是不难理解的.所以，我们下面就通过“T4”时间的电流有效值来确定一个周期内的交变电流的有效值.如图3，把T4时间分为n等分，每等分时间间隔为Δt，则

下面我再介绍一种更简单的方法.

2.3 利用简单三角函数推导

将两个最大值、周期相同的正弦和余弦交变电流分别通过相同阻值的电阻R，在图4中的电流在0-T4时间内R上产生的热量和图5中的电流在3T4-T时间内R上产生的热量相等.在图4中的电流在T4-T2时间内R上产生的热量和图5中的电流在0-T4时间内R上产生的热量相等.在图4中的电流在T2-T时间内R上产生的热量和图5中的电流在T4-3T4时间内R上产生的热量相等.所以，在一个周期T内两个交变电流分别通过相同电阻R产生的热量Q1和Q2相等，它们具有相同的有效值I.

这个方法利用了正弦和余弦交变电流分别通过相同阻值的电阻R上的瞬时功率之和为一个定值，进一步求出它们在一个周期T内在电阻R上的热量之和，回避了用抽象的平均功率求解，更便于学生掌握之.

3 正弦式交变电流整流后的有效值和平均值的关系

在中学物理题中有一些习题涉及交变电流整流后的功率或者发热问题.这类问题往往因为没有正确理解有效值和平均值而出现错误.先看正弦交变电流全波整流后，其图形如图6甲所示，电流的平方i2（t）图象如图6乙所示.全波整流后，电流的方均根值应与整流前相同，所以I=Im2仍然适用.但经半波整流后，波形如图6丙所示，由于每个周期内，都有半个周期电流为零.故一个周期内电流的有效值

交变电流篇4

关键词：高中物理；交变电流；学习技巧

一、高中物理交变电流的疑难问题

在高中物理交变电流的学习过程中，一直有几个较为复杂的知识点困扰着学生：第一是线圈在匀强磁场运动中所产生的交流点与线圈形状和轴没有直接关系，由于在教学过程中，物理教师都是采用口述的方法将这个知识难点传授给学生，因此很容易使学生进入思维误区，无法理解线圈在磁场运动中的过程；第二是交变电流的表达式随着计时时间的变化而变化，而对于此特点，学生在进行物理交变电流的解题时总是会忘记，很容易导致最终的结果错误。

除了以上两个疑难问题以外、有效值的计算也是一个知识难点，在进行非正弦交流电的运算时，学生也常常会使用特定的公式进行计算，从而违反了特定公式只符合正弦交流电的基本原则，导致公式滥用的现象。为了避免这些现象的发生，教师应注重教会学生物理交变电流的学习技巧，从而使学生更好地学习物理知识点，提升对知识内容的理解。

同时，学生在理解交变电流与恒定电流阻碍作用的不同时也会受到阻碍。因为学生对影响二者运动的过程不熟悉，因此无法想象在相同的环境下，为何二者所受的阻碍不同。

二、高中物理交变电流学习中的基本训练

1.运用已掌握的物理概念分析实际问题。在高中物理电学的学习过程中，会涉及许多实验环节。因此，学生要掌握好物理的基本概念，从而在实验的过程中，能将自己所掌握的运用到实际当中，进而顺利地完成实验任务，同时通过不断的训练提高自身的思维能力。同时在学习物理交变电流的知识时，还应合理运用举一反三的学习方法，以后遇到类似的习题时可以顺着之前的思路有效解决。举一反三的学习技巧也是在学生掌握好物理概念的情况下运用的，因此为了更好地解决物理交变电流中的疑难问题，应先掌握好基本概念。

2.例题训练。学生在课下要做大量与高中物理交变电流相关的例题，通过对大量例题的解答，拓宽自身的思维能力。并且在例题训练过程中不断进行总结，从而在遇到其他物理难题时，可以发散思维，运用已掌握的推理方法进行推理。经过大量的例题训练，学生面对物理考试时，就会很自然地联想到之前自己解过的例题，从而有效提高物理学习成绩，并进一步加强对物理的学习。

三、高中物理交变电流的学习技巧

1.交变电流的“四值”。高中物理交变电流的“四值”包括瞬时值、最大值、平均值和有效值。在高中物理电学的学习过程中要牢牢记住这四值的概念，因为在物理交变电流的计算中有很多问题都涉及它们。因此，学生在物理学习过程中应提高对四值的重视程度，避免在运算过程中出现理解上的误差，从而导致最终结果出现偏差。

2.运用交变电流的四值方法。高中物理交变电流的学习技巧之一，就是明晰交变电流四值概念之后，合理运用交变电流的四值方法。其方法有如下四种：第一，由于电容器上标明的电压值是它所能承受的最大值，若超过最大时电容器就会被击穿。因此在研究电容器是否能被击穿的实验中，应选择使用最大值，以便提高实验效率，减少实验的时间；第二，应注意在研究交变电流的功率时，只有采用有效值才能保证功率的准确性。若在非有效值的状态下计算功率和产生的热量，必然会出现误差；第三，交变电流四值的瞬时值应被用在计算瞬时磁力炬；第四，在计算电量时，要运用平均值。学生在学习物理电学的过程中，要有效掌握交变电流的四值方法，只有熟悉掌握了四值方法，才能确保相关的电流计算结果准确无误。

3.计算非正弦交流电有效值的方法。计算非正弦交流电有效值有两个方法：第一，要谨记电流中的某些特定值随着时间的变化其值是不变的，在计算相关的试题时，要根据数值不变的特点找到固定的值，从而简化计算的过程；第二，在计算非正弦交流电时，要找出电流按正弦规律变化的周期，然后再进行计算。通过查找周期性的方法，可以大大降低计算的难度，并缩短计算的时间。

总之，物理对于高中学生来说是一个永恒的难题。针对这一现象，教师应采取相应的措施，将知识的学习技巧传授给同学，便于学生在再次遇到物理难题时可以自我解决。同时，学生在物理交变电流的学习过程也应通过大量的例题来进行自我训练，并同时掌握好物理电学的基本概念，从而促进学习效率的提高。在物理电学的学习过程中，要改变原有死记硬背的学习方法，运用“四值”等知识点进行解题，从而降低解题的难度，提高学习的质量。

参考文献：

[1]张红蕊.高中物理交流电的学习技巧[J].黑龙江科技信息，2013，45（13）：112-114.

交变电流篇5

关键词：大功率 交流电机 变频调速技术 应用 节能减排

中图分类号：TM32 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（a）-0034-02

大功率交流电机的变频调速技术的应用范围十分广泛，同时其所需要的核心技术具有很高的前瞻性和专业性。这项技术长期被外国所掌握并垄断。为了打破这种垄断，发展我国自主的交流电机的变频调速技术，研发相应的控制系统，并在实际中推广开来，推进我国整体科技化水平向前发展具有重大的现实意义。该文将就此项技术在实际中几个方面的应用为例，来阐述此项技术的研究和应用对于我国的各方面所具有的重要意义。

1 大功率交流电机变频调速控制系统的组成部分

1.1 交流变频电机

由于目前国际国内对于大功率的交流电机的研究还处于初始阶段，因此，大功率交流电机在变频调控过程中使用的主要是同步电机[1]。其本身具有动态性能优异、变频时所具有的容量小、功率因数较高等特点。因为其承载能力较高，在运用的时候对于预设目标的实现，还是能够及时有效的完成。

1.2 大功率的电力电子变频器

随着科技的不断向前发展，电力电子变频器的功率随着器件材料的改进也是越来越大，这样在需要进行的交流电机变频调速的操作过程中，所能输出的功率才能达到系统的要求，以满足其应用过程中动能的负荷。可以说，在这项技术的应用过程中，这个硬件设备的品质决定了其最终技术所能达到的高度和效果[2]。因此，对于相关材料的开发和整合利用，是满足日益变化的电器元件的需求的先决条件。

1.3 进行调速所需要运行的控制系统

由于交流电机的磁场定向控制理论的提出和完善，对于交流电机调控系统的效能大大提高，最终超过了直流调速所达到的效果，为其最终成为变频调速系统的关键部分提供了坚实的基础[3]。这方面技术由于被掌握在少数的国家和企业手中，因此，我国在进行自主化研究和开发的过程中，能够借鉴的相关技术和经验比较少，就需要我国在这方面的研究所投入的人力物力资源较大，关注和重视程度也较高，来尽早攻破这个难题，早日开发出具有我国自主知识产权的操作运行系统。

2 大功率变频调控技术在世界范围内相关领域的应用

2.1 轧钢设备中，大功率变频调控技术的使用

大型轧钢设备由于在生产过程中所具有的精度和通用性都比较高，对于各方面的生产要求，都能得到满足。因此，对于一个国家的工业化水平的发展和进程占有者举足轻重的作用[4]。由于轧钢设备的传动系统所需求的功率很高，对于传动过程中的过载能力要求很苛刻，这一领域长期被直流电机所占据，但是直流电机具有的先天缺陷，就导致了无法为其提供稳定的功率输出，造成了资源的浪费和动能的流失，矛盾比较突出。交流电机的出现并得到不断的完善，最终取代了直流电机的位置，同时以交流电机为主体的大功率交流电机变频调速系统完美的解决了轧钢设备所需要的大功率稳定输出的问题，使得轧钢设备的发展和进步明显，为一个国家工业化建设起到了促进的作用[5]。

2.2 加热炉传动系统中的广泛运用

冶金领域中，加热炉的正常运转能够为社会提供源源不断的成品，同时对于原料的深加工，也可以带动相关附属产业的发展，带来额外的经济效益。是冶金行业中不可或缺的设备。但是，由于加热炉在正常运转过程中，对功率的要求比较严格，这样在生产中才能够保持连贯性。加热炉在运行的时候是用热力来融化钢坯，进行炼化和杂质的剥离，产生的热能较高，在液态杂质的蒸发过程中，带走了大量的热量动能，造成了资源的浪费。生产过程中，由于功率因素的制约，首先要满足日常的生产，因此，相关的杂质剥离设备就无法安装和运行。大功率的交流变频技术在其中除了能够提供功率的稳定输出外，还可以满足相关设备在杂质的吸出和剥离过程中对于功率的需求。节约了能源在使用过程中不必要的消耗，和尾气、废弃物对于环境的污染和破坏，对于日常生产和环境保护起到了促进的作用。

2.3 交通运输业中，主要是船舶的广泛应用

由于船舶，尤其是大型的远洋货轮在国际货物运输中成为了主要载体，因此提高远洋船舶在实际中的运输效率就成为了主要的难题[6]。船舶本身对于功率要求比较大，因为经常需要做变向机动，瞬间的功率输出较高。在机组的运行中，保证功率的变频输出就是重中之重。由于船舶长期漂泊于海上，海况较差、环境湿度等变化明显、气候跨度比较大等特点，这就要求其为机组配备的交流电机变频调速控制系统，要具有这较好的适应性和可靠性，毕竟，在茫茫大海上，动力是生存的至关重要的因素。交流电机变频调速技术使得船舶在动力方面没有了后顾之忧，只要进行简单的维护，就可以保证长时间、高负荷运转，同时在机动时又能满足功率的需求，在船舶运输行业中发挥着不可估量的作用。

不难从以上几个方面看出，交流电机变频技术在诸多领域中的地位和作用。因此，掌握具有自主知识产权的变频调节技术，推动国家战略安全和经济发展都有着不可忽视的作用。此项技术长期的被垄断，就要求我们从基础开始，逐步的探索出具有我国特色，适应我国需要的创新理念，来应用到实际中，打破垄断主义对我国发展需求的枷锁[7]。

3 我国在交流电机变频调速技术领域所取得的显著成果

3.1 研究出独特的具有自主知识产权的水冷式变频器的模块结构

随着计算机技术的不断发展与更新，我国对这方面的研究也在充分运用其出色的运算能力来建立相关模块结构和系统。在参考了世界上比较先进的设备构成后，设计出了一套独特的具有我国自主知识产权的模块结构。该结构中，采取了相当广泛的设计思路和理念，充分的发挥了主观能动性，合理的利用了现有资料和结构空间，采取了多项措施来改进水路结构，解决了其水冷的过程中发生的密封性问题。同时采用模块化设计，大大简化了工艺和流程，规范了相关部件的规格，极大的压缩了交流电机变频器的空间，有效的对其小型化、精确化、功率密度进行了优化，达到和超过了世界总体水平。

3.2 研发了多核心数字化控制系统

实际中，脉冲信号由光纤进行传导，最终到达功率模块，在控制系统与高压柜之间实现了安全隔离和数据信号的有效传输，同时多核心的运用，使其在出现不同级别的问题时能够自主运算，得出问题相对应的等级，通过显示屏体现在操作者面前，使得操作者能够对系统产生的软件问题和硬件问题进行及时的维护和修复，各系统之间的实时通讯，极大的加强了相关系统的互联性，极大的促进了我国在交流电机变频调控领域内的发展，取得了长足的进步[8]。

3.3 掌握和建立了一套具有我国特色的变频器试验标准

由于经济全球一体化进程的加快，使得我国在这方面都能够得到更多的相关资料方面的帮助，在充分借鉴和参考了国外大功率变频器相关理论和经验数据，对其标准化建立规则的深入研究并做总结后，得出了我国自主的变频器实验标准，填补了该领域的空白，为其日后发展提供了基石。

4 结语

综上所述，大功率的交流电机变频调控技术的兴起和应用，在诸多领域内都起到了十分重要的作用。在我国由于开展研究和应用的时间尚短，同时国外对相关技术的垄断现象比较严重，就导致了我国只能采取摸着石头过河，边探索边发展的模式。因此，在面对探索的过程中暴漏出来的问题，新障碍的产生，要保持一个平和的心态去应对，做到不气馁、不焦躁，在科学研究的领域里，没有一步登天的可能。只有自身端正态度，摆好心态，相信在变频调控技术中，取得成就只是时间早晚的问题。

参考文献

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交变电流篇6

关键词：交流电机、变频调速、通用变频器

Abstract: With China has strongly advocated for power saving, energy-saving AC motor technology has become essential. AC motor energy, the key is for frequency control motor, AC Motor typical application is the general-purpose inverters. Therefore, this article inverter AC motor drive applications and general-depth study and discussion.Keywords: AC motor, frequency control, general-purpose inverters

中图分类号：TN77文献标识码：A

概论

1.交流电机调速的发展和趋势

近年来,交流电机变频调速及其相关技术的研究己成为现代电气传动领域的一个重要课题,并且随着大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、快的动态响应以及在四象限并可逆运行等良好的技术性能。交流电动机调速系统的性能越来越好，特别是鼠笼式交流异步电动机的变频调速系统，其性能己与直流电动机调速系统相媲美。由于鼠笼式交流异步电动机具有结构简单、体积小、重量轻、价格低、坚固耐用、工作可靠、维护方便、适应性强等一系列优点，而且功率、转速、电压的允许值高于直流电动机，所以交流变频调速技术得到了迅速的发展，并有取代直流电动机调速的趋势。

2.交流电机变频调速的应用

在拖动系统中，交流电机变频调速的典型应用就是通用变频器，用变频器驱动电动机的目的就是实现调速，让电动机按照希望的方式运转。除变频以外的另一些简单的调速方案，例如变极调速、定子调压调速、转差离合器调速等，虽然仍在特定场合有一定的应用，但由于其性能较差，终将会被变频调速所取代。

以下就以通用变频器为例，论述交流电机变频调速的应用

2.1变频器的发展前景

中国是能源大国，能源利用率很低，而能源储备不足。然而2011年中国发电总量约为46037亿千瓦时，电力拖动系统消耗的发电量约为23018.5亿千瓦时，风机水泵类负载消耗6113亿千瓦时。因此国家大力提倡节能，并着重推荐了变频调速技术。应用变频调速，可以大大提高电机转速的控制精度，使电机在节能的转速下运行。许多电机一般按最大需求来选择电机的容量，故设计裕量偏大，而实际运行中轻载运行所占比例较高。如果采用变频调速，可大大提高轻载运行时的工作效率，因此，电机的节能潜力巨大，变频器应用于各行业。

2.2变频器应用的行业

  变频器主要用于交流电动机转速的调节，是交流电动机最理想、最有前途的调速方案，除了具有卓越的调速性能之外，变频器还有显著的节能作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。自上世纪80年代被引进中国以来，变频器作为节能应用与速度控制的自动化设备，得到了快速发展和广泛的应用。在水利、电力、市政、化工、钢铁行业、矿井提升、水泥行业风机、恒压供水等领域中，变频器都在发挥着重要作用，产生了巨大的经济效益。

2.3变频器的选型

通用变频器的选型主要依据变频器的使用类型和容量两方面。

变频器的类型要根据负载要求来选择。一般来说，生产机械的特性分为恒转矩负载、恒功率负载和二次方律负载。

变频器容量的选择由很多因素决定，如电动机容量、电动机额定电流、电动机加减速时间等，其中最主要的是电动机额定电流，电动机的额定功率作为参考。变频器的容量应按运行过程中可能出现的最大工作电流来选择。

2.4变频器的工作原理以及应用

2.4.1工作原理

交流电机变频调速系统包括主电路和控制电路两部分，主电路主要完成功率的转换，控制电路主要完成对变频主电路提供各种控制信号。

（a）在交流变频调速系统中，主回路作为直接执行机构，其可靠性和稳定性直接影响着系统的运转，因此，必须选择合适的主电路。交-直-交变频电路实现由整流器将电网中的交流电整流成直流电，经过滤波，然后由逆变器逆变成交流电供给负载。中间环节采用在理想情况下是一种阻抗为零的恒压源的大电容滤波；在主电源方面，由于电动机是不需要频繁制动和反转的，所以选择不可控二极管整流桥方式。滤波电路采用阻容方式，逆变电路为三相全桥形式。在功率器件方面，由于变频调速系统，一方面要求开关频率足够高，另一方面要求有足够的输出容量，所以采用驱动功率小而饱和压降低的IGBT。在变频调速系统中，电动机的减速和停机，是通过逐渐降低频率来实现的。这时，从电动机的角度来看，电动机处于再生制动的工作状态；从变频调速系统的角度来看，拖动系统在转速下降时减少的动能，由电动机“再生”电能后，在变频主电路的直流环节中被消耗掉了。

主电路原理图

（b）控制电路作为交流电机变频调速系统的核心部分，影响着整个系统的性能，而控制系统的性能又取决于其运算速度和控制精度，这在某种程度上依赖于实现该系统的电子芯片。

在控制逆变部分，根据PWM波形的生成原理，用IGBT控制PWM波形，从而产生完美的正弦波。根据系统的设计要求，选择了转速负反馈控制，从而提高了系统的精度和稳定度。保护电路主要包括电机过压、过流、以及调速系统的保护等。控制电路和保护电路作为交流电机变频调速系统的核心部分，在影响整个系统的性能方面占有极其重要的地位，它主要是向变频主电路提供各种控制信号，使主电路安全、可靠的工作。

2.4.2变频调速的控制策略

变频调速经过了两代控制方式的转变，实现了由恒压频比控制到矢量控制的转变。

第1代变频器采用的是恒压频比控制方式，它根据异步电动机等效电路确定的线性进行变频调速。电压是指基波的有效值，改变U/f只能调节电动机的稳态磁通和转矩，谈不上动态控制。

第2代变频器的主要特征是采用矢量控制方式，它参照直流电动机的控制方式，将异步电动机的定子电流空间矢量分解为转子励磁分量和转矩分量。首先是要控制励磁，所以又把矢量控制称为磁场定向控制。矢量控制的主要缺点是需要复杂的坐标变换运算，以及需检测转速信号。因此，进一步提出无速度传感器矢量控制的方法，它根据异步电动机实际运行的相电压和相电流，以及定转子绕组参数推算出转速观测值，以实现磁场定向的矢量控制。

2.4.3交流变频调速的优越性：

(1) 在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。

(2) 电机总是保持在低转差率运行状态，减小转子损耗。

(3) 可实现软启、制动功能，减小启动电流冲击，节电效果明显。

2.4.4变频器与负载电机的通讯协议

变频器的节能效果与普通调速的对比优势在于所用的通讯协议。通用变频器一般都带有RS232/422/485通讯接口，可以实现上位工控机对变频器的1对1或1对多的通讯功能，可将上位机的运行指令下达，或将变频器的运行状态上传。在需要高精度控制时，可选用编码器，将转速反馈信号反馈到变频器，构成闭环系统。完善的软件功能和规范的通讯协议，使它可实现灵活的系统组态，组成现场总线系统，变频器在其中作为通讯的从站和传动执行装置。

2.5变频器调速与传统调速方法的比较

上世纪八十年代到九十年代初，高压电机要实现调速，主要采用三种方式：（1）液力耦合器方式。（2）串级调速。（3）高低方式。

上述三种方式，发展到目前都是比较成熟的技术。液力耦合器和串级调速的调速精度都比较差，调速范围较小，维护工作量大，液力耦合器的效率相比变频调速还有一定的差距，所以这两项技术竞争力已经不强了。至于高低方式，能够达到比较好的调速效果，但是相比真正的高压变频器，还有如下缺点：效率低，谐波大，对电机的要求比较严格，功率较大时（500KW以上），可靠性较低。

与传统的调速方法相比变频器可以实现软启动和软关闭，任意调整发动机的加/减速时间，平稳的启动电机。

3.结束语

在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，成为现代调速传动的主流。

变频器不仅具有卓越的节能作用、显著的调速性能和保护功能，还具有优越的控制方式。应用变频调速，不仅可以使电动机在节能的转速下运行，而且还可以大大提高电动机转速的控制精度，提升工艺质量和生产效率，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。

参考文献

（1）王建峰、秦庆国、李永军、任建业 浅谈交流电机的变频调速--《科技创新与应用》2012年13期

(2)倚鹏 高压变频器的产品和市场状况--《电器工业》2006年06期

(3)鲁元祥 浅谈交流电动机变频调速技术及应用--《机电信息》2011年第12期

交变电流篇7

【关键词】变电站；交直流一体化电源；通信电源

Abstract： This paper analyzes the status of electric system and the existing problems of conventional substation， and puts forward the station with AC and DC integrated powe r supply scheme. Through the detailed work on the integrated power supplyprinciple and the hierarchical structure， and combining the practical application， discusses the superiority of the integrated power supply.

Key words：Substation，integrated AC/DC power supply ，communication power

引言

智能变电站一体化电源系统，是借鉴电力用直流、交流一体化不间断电源系统核心思想，针对智能变电站的特点而开发的一体化电源产品解决方案。现有站用电源系统在资源整合、自动化水平、运行管理模式等方面都还存在着很大的优化提升空间；而交直流一体化电源系统以其结构紧凑、智能经济等优势具有广范的应用与蓬勃发展前景。

1.传统站用电源存在的问题分析

变电站站用电源可分为交流配电、直流配电、UPS/逆变电源和通信电源系统等4大类电源系统，每个系统采用不同方案设计，单独装配组屏。随着时代科技的发展，因资源配置不合理所引起的问题日益突出：1）现代化程度不高。2）资源配置浪费。3）维护、售后服务困难。

2.站用交直流一体化电源的优势特点

站用交直流一体化电源系统，它的优势和特点主要通过与传统站用电源的对比中得以呈现。它的特点主要表现在以下几个方面：

1）资源优化，分配合理

交流不间断电源、通信电源都取消了各自所配备的蓄电池组，并与直流电源共用同一组蓄电池，减少了组屏屏柜的数量，降低了蓄电池前期投入和后期维护的费用，大大节约了变电站内占地空间和设备投入成本。

2）现代化管理，高效可靠

站用电源采用一体化设计方案，可以对各个子电源系统实现实时在线监控和统一管理，减少了系统作业流程，优化了人力资源的调配。高度集成的一体化监控平台可以对用电系统的运行状态进行实时监测，并通过通信传至后台。后台值班人员可通过实时和历史数据的对比分析，对站内系统运行情况作性能分析，以确保站用电源系统安全可靠运行。

3）售后维护方便

由同一个设备成套厂家设计、生产一整套站用电源，现场安装、调试过程中消除了原本需与其他厂家协调沟通的环节，提高的设备开通运行效率。后期设备运行如有出现故障，都有该厂家提供技术支持和售后维护，责任明确，服务方便。

3.变电站交直流一体化电源的设计方案

交直流一体化电源系统采用分体式架构，将站用交流不间断电源/电力专用逆变电源、直流操作电源、服务等，通过网络通信，设计方案优化，实现变电站站用电源的集中供电和统一监控管理，进而实现在线状态的实时检测。

1）站用交流电源

站用交流电源主要由交流进线、交流馈线、电量测量和交流电监控4个单元组成，配有ATS转换开关可以实现两路交流进线电源的自动切换，从而确保了交流输出分配和一体化电源长期稳定运行。

2）直流操作电源

直流操作电源是一体化电源的核心，主要由整流单元，蓄电池单元，直流馈线单元。

3）交流不间断电源

交流不间断电源，主要包括UPS和INV两类不间断电源。其中UPS主要为变电站内计算机监控、打印机等对电源质量要求很高的重要负荷供电；而INV逆变电源主要为变电站内事故照明等对电源的质量要求不高的负荷供电。

4）DC/DC通信整流电源

与传统通信电源有所不同，DC/DC通信电源采用DC220/110V直流母线电源作为通信整流模块的输入电源，并与直流电源共用一套蓄电池组，整理模块也采用N+1冗余模式，且采用硬件自主均流技术，为变电站内交换机等通信设备提供可靠的直流工作电源。

5）一体化监控系统

一体化监控模块存储整个站用电源数据，通过一个RJ45口以IEC-61850规约与后台连接，也可通过RS232/485口与后台连接，能完成站用电源四遥功能。一体化监控模块故障不影响电源其他智能模块运行。

4.变电站交直流一体化电源实例应用

长乐110KV桃坑变电站站用一体化电源经调试正常已投入运行，就以此为例简单论述一体化电源的配置方案。

方案设计：站用两路交流电分别引自不同变压器下的低压母线，经两台ATS自动切换为相应交流负荷供电。通信电源和UPS不间断电源直流进线都取至直流主母线，并与直流共用一组蓄电池。

屏柜配置：本项目总共配置11面屏柜，与常规屏柜配置方案相比减少了3个屏柜。组屏方案如下：

监控通信：本系统中设置一个一体化直流总监控和绝缘巡检、通信电源、交流电源，UPS电源4个子监控。4个子监控各自对自己的单元的功能运行进行实时监测，并能及时采集数据和反馈电信号给总监控。一体化总监控也可以对各个子监控做相应配置和参数的修改，并能通过RS485/RS232或者以太网口与后台通信，为后台值班人员更好地掌握现场一体化电源运行情况提供了便利。

5.结语

变电站交直流一体化电源系统是现有变电站占用电源设计和管理模式的创新和发展。近几年随着数字化变电站相继建设投产及全国智能变电站试点项目的建设，交直流一体化电源系统正在逐步替代传统站用电源系统的建设和管理模式，其技术先进、维护方便、运行安全可靠，具有良好的经济效益和社会效益。不管是现在还是将来，都会得到广泛的推广和应用，具有良好的发展前景。

参考文献

[1]杨秋梅.变电站交直流一体化电源[J].电源世界，2014.

[2]王炳林.变电站交直流一体化电源系统设计与应用[J].冶金动力，2013.

作者简介

孔荣荣，男，助理工程师，本科，主要从事直流、一体化电源和热电电气设计工作。

交变电流篇8

    【论文摘要】：对变频调速器在实践应用中容量的正确选择、传动系统的优化设计以及外接制动电阻等方面的问题， 总结 了一些经验。

随着电力技术的迅速 发展 ，交流电机变频调速技术取得了突破性的进步，进入了普及应用阶段。在我国，变频调速器也正越来越广泛地被采用，与此同是地，如何正确地选好、用好已成为广大用户十分突出的问题了。

1.关于容量选择

在变频调速器的说明书中，为了帮助用户选择容量，都有"配用电动机容量"一栏，然而，这一栏的含义却不够确切，常导致变频器的误选。

各种生产机械中，电动机的容量主是根据发热原则来选定的。就是说，在电动机带得动的前提下，只要其温升在允许范围内，短时间的过载是允许的。电动机的过载能力一般定为额定转矩的1.8-2.2倍。电动机的温升，所谓"短时间"至少也在十几分钟以上。而变频调速器的过载能力为：150％，l分钟。这个指标，对电动机来说，只有在起动过程才有意义，在运行过程中，实际上是不允许载。

因此，"配用电动机容量"一栏的准确含义是"配用电动机的实际最大容量"。实际选择变频器时，可按电动机在工作过程中的最大电流来进行选择，对于鼓风机和泵类负载，因属于长期恒定负载，可直接按"配用电动机容量"来选择。

2.传动系统进行优化设计

交流异步电动机经变频调速后，其有效转矩和有效功率的范围。配用变频调速器时，必须根据生产机械的机械特性以及对调速范围的要求等因素，对传动系统进行优级化设计，优化设计的主要内容和大致方法如下：

2.1 确定电动机的最高运行频率

（1）鼓风机和泵类负载，这类负载的阻转矩tl与转速n的平方成正比tl=ktn2，输出功率pl与转速的在次方成正比pl=kpn3，（kt和kp为常数），由此可知，如转速超过额定转速，负载的转矩和功率将分别按平方律和立方律增加，因此，在一般情况下，不允许在额定频率以上运行。

（2）一般情况下，各种机械的强度、振动以及耐磨性能等，都是以电动机转速不超过3000r／min为前提设计的。因此，在没有对机械重新进行设计的情况下，2级电机的最高运行频率不要超过额定频率太多。

（3）当异步电机在额定频率以上运行时，由于电源电压是恒定的，其在调到fx时电磁转矩tx近乎和频率调节比kf的平方成反比，即t≈tn/kf2（而tn为额定频率fn时的转矩）。因此，最高运行频率不宜超过额定频率

（4）异步电机在低频下运行时，为了获得足够的转矩，常需进行转矩补偿。而转矩补偿将使电机的磁路趋于饱和，从而增加附加损失，降低了效率，因此，只要情况许可，应尺可能地提高运行频率的上限。

2.2 确定传动系统的传动比并校核电动机的容量

（1）鼓风机和泵类负载，一般均为直接驱动，不必考虑传动比的问题。

（2）恒转矩负载，首先，根据有效转矩线以及所要求的频率调节范围，确定电机运行的最高频率和最低频率。

假设已经确定的电动机最高运行频率为fmax最低运行频率为fmin与此对应的转矩相对值为ttl，则电动机的额定转矩tn=tl/qtl（tl负载转矩）。如果原选电机并未留有余量的话，则配用变频调速器后，电动机的容量应扩大1/ttl倍。传动系统的传动比入等于电动机在最高运行频率下的转速ndmax负载所需求的最高转速nlmax之比。

（3）恒功率负载：和恒转矩负载类似，首先根据有效功率线和频率调节范围，求出电动机运行频率的上、下限。

同样，在求出最高和最低运行频率的同时，得到对应的功率相对值tpl，而电动机的额定功率pn≥pl／tpl（pl为负载要求功率）。

在设计恒功率负载时，应注意两点：（1）尽量多利用额定频率以上的部分；（2）当调整范围较大时，尽量采用两档传动比。因为当传动比分成两栏时，频率范围αf与αn转速范围之间的关系为 。可见，在转速范围相同的情况下，频率范围将大为减小，从而可减小电动机的容量。

负载的机械特性，因是恒功率负载，故曲线上任一点的横坐标与纵坐标的乘积均相等，且与负载功率成正比，即pl=kptlnl=kptlmaxlmin 。全部转速都在额定频率以下调节时的有效转矩线，在这种情况下，所需电动机的容量pn=kptnnlmax>kptlmaxlmax=αnpl。这说明，所需电动机的容量比负载功率的on倍还要大，是很不 经济 的。

⑴当最高运行频率为额定频率的2倍，传动比只有一档时的情形。在这种情况下，所需电机的容量pn=kptn1/2nlmax 1/2αnpl。可见，所需用容量只要大于负载功率的on/2倍就可以了。

⑵ 当最高运行频率为额定频率的2倍，传动比为两档时的情形。这时，所需电机的容量pn1/2 pl。可见，对于恒功率负载，当αn>4时，这种方案是比较理想的。

3.自配外接制动电阻

各种变频调速器都允许外接制动电阻，加快制动速度，外接电阻。但配套的制动电阻价格昂贵，不易买到，自动配置时，其阻值与功率可如下决定：

直流电路的电压值up= ×380=53v；制动电流is一般以不超过电机的额定电流idn为原则，即is≤idn，故制动电阻rs≥ud/is。

因rs内通过电流的时间只有几秒钟，故其功率pr可按工其工作时的（1/10-1/8）选择，即pr=(0.1-0.125)ud2/rs。

因rs接入电路时，应注意将变频调速器内部的制动电阻切除，如不能切除，则应适当加大rs的值，以免出现制动电流过大的情形。

在外接制动电路时，为了避免烧毁变频器内部的放电用大功率晶体管（gtr）有时也可以外接整个制动电器（即包括制动电阻和放电晶体管，这时，gtr应选取其vcex≥700伏；icn≥（1.2-1.5）idn安。

参考 文献