变频电源范文

变频电源篇1

    直流充电模块主要包括蓄电池组、绝缘监测、单元集中监控、单元直流馈电、单元充电模块、交流配电单元等共同组成。由于受到了开关器件性能的影响,因此每个开关电源模块只有几千瓦的最大输出功率,然而在实践中直流系统供电需要几百千瓦。为此,必须要选择并联多个高频开关电源模块的方式确保充电机完成大功率的输出,隔离变压器由于高频化因此具有更小的质量和体积,这样对模块化的实现非常有利。除此之外,选择软开关技术可以使开关损耗得以大幅度减少,并且使变换效率得以提升。在直流系统中绝缘监测可以对正负母线对地的绝缘情况进行时刻监视,如果正母线接地就有可能会导致出现保护的误动作,如果系统在负母线接地的时候出现一点接地的现象,就会导致断路器拒动[1]。

    1.2交直流一体化电源系统的通信电源模块

    在常规变电站中通信电源往往都是独立设置,从而将稳定可靠的电源提供给运动装置和融信设备。然而这种方式具有较高的设备投资、较大的占用空间等不足,而且其具有与站内直流系统相类似的一些功能,无法使智能变电站网络化、经济化以及简约化的要求得到满足。根据我国电网公司的最新规定,一些变电站必须要选择使用交直流一体化电源系统,不再单独配置通信电源,也就是经过DC/DC变换之后由直流系统向通信设备供电。在直流充电模块中选择冗余技术、均流技术、软开关技术、模块化小型化等高频开关电源技术在通信电源DC/DC变换器中同样适用。

    1.3交直流一体化电源系统的UPS电源模块

    在站用变压器发生供电故障之后,UPS可以将可靠的电能提供给交换机、五防闭锁机以及后台监控机等重要的负荷。在具体的运行过程中UPS存在着2路输入电源,其在正常的时候经整流、逆变将由交流输入的电能提供给负载。如果中断交流输入,那么在经过逆变后,将由直流输入的电能提供给负载。在UPS中的逆变部分和整流部分仍然对高频开关电源技术进行了应用。除此之外,UPS的非常重要的发展方向就是冗余技术和模块化[2]。

    2交直流一体化电源系统均流技术和N+1冗余技术

    UPS电源、通信电源和直流充电电源都选择了冗余供电方式并联N+1模块化,N+1冗余技术由于高频开关电源的模块化、小型化和高频化而得到了较快的发展。N+1冗余主要指的是选择N个电源模块并联供电从而使全部负荷的电能需要得到充分的满足,而要想使供电可靠性得以进一步提升,就需要再将一个电源模块并联进来,这样剩下的N个模块在其中的一个模块发生故障之后人仍然可以使供电的要求得到满足。相对于采用单台电源供电的方式而言,采用这种方式具有更高的可靠性。同时,选择热插拨方式能够在系统中随时将故障电源模块退出,这样就确保维护检修工作的方便性[3]。常用的高频并联电源模块均流技术为:以输出阻抗的大小为根据选择均流技术,采用这种方法具有较低的均流准确性,主从均流技术一般需要将一个主模块人为的确定下来,然后与其他的从模块之间开展通信。而民主均流技术并联运行的各个电源模块中并非是人为事先设定主模块,而是以哪个模块具有最大的输出电流为根据来确定,如果某模块而具有最大的输出电流那么其就属于主模块,而从模块就是剩余的模块,采用这种自动设定主模块的方法就可以确保冗余设计的实现。

    3结语

变频电源篇2

关键词 变频电源；校准；电源负载；便携

中图分类号 V242 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)071-0114-01

变频电源作为常用的试验辅助设备，广泛应用在各个行业中。科研实验室、电子电器产品生产企业的研发和生产都需要优质电源条件。因此近年越来越多用户对变频电源提出校准测试的要求，对于变频电源的校准过程中，如对电流、功率、以及部分新型设备有功率因素示值等参数的校准需要使用到各种阻抗电源负载。本文根据实际工作中经验对变频电源校准用便携式电源负载制作和使用的一些研究。

1 电源负载作用和特点

电源负载主要作用是为了使变频电源带载输出，而变频电源的各个主要计量参数能显示不同的示值与标准表显示的实际值进行校准（图1）。因此一个稳定的电源负载直接影响读数的稳定度，也间接影响校准的不确定度。值得注意的是，电源负载的调节范围也需要根据变频电源的带载能力相适应。而变频电源是可以带各种阻抗特性的负载，如常见的感性负载、阻性负载等。因此校准时，应该对各种负载的情况下进行试验。

图1

2 便携式试验电源负载的设计和分析

根据校准测试变频电源的过程中发现近年使用变频电源的用户从过去的容量500 VA居多发展到现在使用容量（2～10）kVA较多（甚至更大容量）。这样问题就出现了，容量500 VA的变频电源体积相对较小、重量相对较轻，送实验室校准较容易，但容量大的变频电源一般体积重量都比较大，送实验室校准并非易事。考虑到用户现场校准如果使用实验室负载箱或负载柜体积重量同样较大，不便于送实验室校准。也考虑到用户提供电源负载（一般为被测试的产品）也存在一些问题，如示值不稳定、校准难以覆盖全量程、耗时较大等问题。因此设计制作一个功率10 kW左右体积较小、重量较轻的便携式交流阻抗负载使现场校准工作更方便和工作效率更高。

设计过程中试验过各种功率元器件进行试验，发现大功率刹车电阻带载稳定、高功率但体积小、热效应变化小非常适合做纯阻性负载。刹车电阻是采用耐高温材料作为电阻基体，高绝缘不燃性填充料灌封，与基体电阻丝及金属外壳紧密结合，具有较高的稳固性和热传导性，自带散热片的铝体合金外壳，使该电阻的散热性能远远超过传统型的同体积同功率电阻，既明显降低了电阻体的表面温升，又大大提高了耐负荷能力和长期稳定性。用10只1000 W50 Ω大功率刹车电阻并联及开关选择，可以从1 kW -10 kW

（即5 Ω～50 Ω）之间选择合适的纯阻性负载。因为纯阻负载功率因素为：cosφ=1，所以最大额定功率可直接计算得：

而使用多个电感镇流器与大功率刹车电阻串联并加开关选择，就能实现可调带感性负载改变功率因素。例如使用电感量为0.5H的镇流器与50Ω的功率电阻串联时，在频率为50Hz电路中的感抗为：

XL=2πfL=2×3.14×50×0.5=157Ω

根据阻抗串联的模计算求出电路中的总阻抗：

所以感性负载电路中的功率因素为：

只要简单的用开关调整减少电感量或者增加电阻量时，根据上述计算的关系，可以轻易的得到功率因素从cosφ=（0.3～0.8）可调的带感性负载。实现使变频电源感性负载的带载输出。

经试验发现使用有机薄膜型油浸电容非常适合调整容性负载的器件。该电容采用加厚的金属化锌铝膜作为电极和介质，金属化锌铝膜经过卷绕机卷绕后装入铝质外壳中。再在外壳中装入高纯度的蓖麻油使其保持真空状态，并且能够耐高温、使用寿命更长。例如使用50 μF 240 V油浸电容与50 Ω大功率电阻串联，在频率为50 Hz电路中同样的方式计算容抗：

根据阻抗串联的模计算求出电路中的总阻抗：

所以容性负载电路中的功率因素为：

同样只需简单的用开关调整减少电容量或者增加电阻量时，根据上述计算的关系，可以轻易的得到功率因素从cosφ=（0.6～0.8）可调的带容性负载。实现使变频电源容性负载的带载

图2

输出。

综合上述的分析，使用大功率刹车电阻、电感整流器、油浸电容简单的串联和并联的连接，并加入开关选择就能实现便携式的交流阻抗电源负载（图2）。值得注意的是感性和容性负载在不同的测试频率和电压下功率因素会有所变化，但是作为电源负载本来的作用是让变频电源在不同的阻抗特性负载情况下带载输出，标准功率表才是作为校准用的标准器。负载本身不需要做得很精确，只要稳定就已经足够。

3 结论

本文研究的变频电源校准专用便携式电源负载在实际使用过程中发现带载情况下，变频电源输出非常稳定，尤其在阻性负载的情况下，标准表功率示值能保持在0.5 W之间变化，减少了因读数不稳定引起测量误差。有较高的携带性，整体重量约8 KG，体积能很容易地控制在500 MM*500 MM*100 MM之内，就算进行现场校准测试也比较轻便携带。在现场进行校准工作只需要按（图1）跟变频电源和标准功率表进行简单的连接，然后通过开关选择所需要的阻抗，轻易地完成现场校准工作，免去找负载、连接负载等繁琐工作，节省工作时间和提高工作效率。

参考文献

[1]朱健军.校准变频电源的探讨[J].计量与测试技术,2008,35(8).

变频电源篇3

引言

400Hz中频电源在工业、国防、航海、航空等领域中应用非常广泛。目前在我国，400Hz中频供电系统大多为中频机组，体积大，噪音高，效率低，管理不便。我们研制了一台用绝缘栅双极晶体管（IGBT）做为主功率开关器件的400Hz正弦波中频逆变电源，它具有体积小，重量轻，噪音低，转换效率高，工作可靠，使用方便等优点，是中频机组的理想替代新产品。

IGBT是新一代复合型电力电子器件，它的控制级为绝缘栅控场效应晶体管，输出级为双极功率晶体管，因而它兼有两者的优点而克服了两者的缺点，如高的输入阻抗；高的开关频率；很小的驱动功率；通态压降小；电流密度大等。

图1

1 系统组成及工作原理

1.1 逆变电源主电路

正弦波中频逆变电源的主电路构成如图1中的上半部分所示，图中K1为空气开关。L为EMI滤波器，用以滤掉电网中的干扰和消除逆变电源对电网的干扰。K2，K3，K4为接触器，K2的作用是在系统启动时接通电源，在故障时切断主电源，其辅助触点K2′用来在停机或保护电路动作时使滤波电容C1及C2上贮存的能量通过电阻R2快速放掉，以便检修或避免掉电时电容C1及C2中聚积的能量还未放完，逆变桥中同桥臂上下主功率IGBT因驱动脉冲电平不确定发生同时导通而损坏。接触器K3和电阻R1构成软起动电路，其作用是在系统启动时，通过电阻R1缓慢地对电容C1及C2充电，防止直接启动时由于电容器C1及C2上初始电压为零，导致整流桥模块承受过大的电流冲击而损坏，当电容C1及C2上的电压充到一定值时，接触器K3动作，其触点将电阻R1短接。K4用于将电源输出与负载隔开，等系统启动成功后再将负载接通，以保证电源系统顺利启动及保护用电设备。滤波电容C1及C2用来对整流后的电压进行滤波，以保证提供给逆变桥的电压为平直的直流电压。R3及R4分别并于C1及C2两端，以保证C1及C2各承受主电路中直流电压的一半。S为霍尔电流传感器，对逆变电源的直通及短路保护提供一取样信号。V1～V4为4只IGBT，构成桥式逆变电路。C3及C4用来抑制IGBT通断过程中因电路中电感的存在引起的尖峰脉冲电压Ldi/dt，保证主功率开关器件IGBT不因承受过高的尖峰脉冲电压而击穿损坏。L1，L2，C5构成输出滤波器，把逆变桥输出的按正弦波规律变化脉宽的高频脉冲波还原成中频正弦波输出，并经变压器T1隔离后为负载提供合适幅值的电压。

逆变电源主电路的工作原理可归纳如下：三相（或单相）交流市电经EMI滤波器滤波后，由整流桥模块U整流，再经电容滤波，加至由IGBT构成的桥式逆变电路，该直流高压经逆变电路逆变为脉宽按正弦波规律变化的高频脉冲波，再由输出滤波器滤掉高频谐波，得到中频正弦波，最后由变压器隔离、变压（升压或降压）后提供给负载。SPWM脉冲波由主控制电路产生并根据输出反馈电压和反馈电流来改变脉冲波的宽度，从而保证输出电压的稳定。

    1.2 主控制电路

主控制部分的原理框图如图2所示。它采用INTEL公司的16位单片机87C196MC作为控制核心。该单片机主要用于控制和数据处理，并具有脉宽调制信号输出端口。在控制算法上采用模糊控制算法。单片机产生载频为20kHz的SPWM脉冲信号，由脉宽调制信号输出端口输出，通过驱动电路加到IGBT的栅极，控制逆变电路正确工作，同时，根据电压和电流的反馈值调整SPWM脉冲信号的脉宽以保持输出信号幅度的稳定。为了保证系统安全可靠地运行，充分发挥单片机的强大控制功能，由主控制电路对系统的关键器件和关键参数，例如过压、欠压、过流、过载、输出短路、过热等进行实时监控，实现对系统工作状态的自诊断并对故障进行相应的声光报警。由于采用了16位单片机作为系统的控制核心，控制快速准确，使系统具有响应快，运行稳定、可靠的特点。

1.3 驱动电路

IGBT的栅极驱动电压可由不同的驱动电路提供，选择驱动电路时，应考虑驱动电路的电源要求，器件关断偏置的要求，栅极电荷的要求，耐固性要求，保护功能等因素。驱动电路的性能不仅直接关系到IGBT器件本身的工作性能和运行安全，而且影响到整个系统的性能和安全。

德国西门康（SEMIKRON）公司生产的SKM系列IGBT功率模块，在芯片制造工艺、内部布局、基板选择等方面有独到之处，不必使用RCD吸收电路，SOA（安全工作区）曲线为矩形，不必负压关断，并联时能自动均流，短路时电流自动抑制，开关损耗不随温度正比增加，正温度特性曲线。鉴于此，选用西门康公司的SKM系列IGBT作为逆变电源的主功率开关器件。为充分利用IGBT的优良性能，保证系统能安全可靠地工作，驱动电路也选用西门康公司的SKHI系列驱动器。该系列驱动器只需一个非隔离的＋15V电源；具有高dv/dt容量；保护功能完善；故障记忆，通过ERROR信号告知控制系统；上下互锁，避免同一桥臂两只IGBT同时开通；栅极电阻外部可调，使得使用不同功率容量的IGBT时都能工作于较高的开关频率，并得到高的转换效率。

作为电压型控制的IGBT不需要栅极驱动电流，但由于栅极输入端有一个大电容，使在驱动时形成一很窄的脉冲栅极驱动电流，且IGBT容量越大，该脉冲电流的峰值越大，例如，200A/1200V的IGBT的开通电流的脉冲峰值约达到1.5A。SKHI驱动器既能承受这种高峰值栅极电流又不降低VGE。为?高开通和关断速度，减少驱动器损耗，SKHI驱动器的输出级采用MOSFET对管以减少连接线路上的电阻。影响开关速度的另一个重要因素是栅极电阻RG，减小RG可以降低IGBT的开关损耗，但由于杂散电感的存在，使得IGBT关断时的集射极间的尖峰电压增大，SKHI驱动器将RG分成RGON和RGOFF（见图3），这样两个参数可分别控制，并可根据IGBT容量的不同，分别调整RGON和RGOFF，以获得最佳驱动效果。

过流保护是驱动电路具有的重要功能之一，SKHI采用监测IGBT集射极电压VCE来测控过流，原理图见图4。VCE测控电路同时监视栅极输入信号和集射极电压，当输入信号为高电位，并且在3～5μs后，VCE较正常饱和值（3.5～5.5V）高，则认为过流，关断脉冲信号，给出故障报警信号。这是一种较先进的过流测控方式。

SKHI驱动器是针对IGBT和MOS特性而设计的，是性能较为完善的一种驱动器。

1.4 辅助控制电路

辅助控制电路的作用是根据主控电路发出的控制信号，依次控制接触器K2，K3，K4的吸合及分断，保证主电路依正确的顺序加电，在保护电路工作时切断主电路的供电电源。辅助控制电路还为风扇提供电源。

1.5 显示及按键控制电路

显示及按键控制电路的功能是在主控电路的控制下，显示系统的工作状态，如电压、电流、频率等，并可通过按键改变输出电压的幅度（改变范围为额定输出电压的±10％）和输出电压的频率（400Hz±30Hz）。当系统出现故障时对故障进行显示和报警，报警信号包括过流、过载、短路、过热、输入过压欠压、驱动报警等。

1.6 软件控制

在算法上采用SPWMT和PID算法以及模糊控制逻辑、动态查表法，使系统响应更快，保护功能更强，可靠性大大提高。

1.7 其他

采用关键器件降额设计，软启动设计、自动保护设计等措施，保证电路在环境应力较大的情况下能可靠工作；采用可靠性热设计、三防处理、结构件加固处理等办法，保证产品在恶劣的气候应力和机械应力条件下的可靠性；对于舰载装备配套的本产品，采用复合型减震器和导向件结构，保证产品的抗冲击、抗振动性能。强化产品的绝缘设计，确保产品的安全性。

2 实用效果

根据上述正弦波中频逆变电源方案，已成功开发出系列正弦波中频逆变电源，经实测在额定负载时输出正弦波的失真度<3％，MTBF>20000h，各项技术指标均达到设计要求。通过了海装电子部组织的专家鉴定，还通过了中国电子产品可靠性与环境试验研究所质量检测中心（即信息产为部五所）的可靠性和电磁兼容性鉴定、环境试验检测。电源经海军多个部队和基地、军工单位、研究所的实际使用，取得了令人满意的效果。

3 结语

1）大功率IGBT因具有工作频率较高，驱动电路功率小，工作损耗小等优点，加之有专用的驱动电路可使驱动电路的设计简化，可靠性提高，因此，可方便地用于变频电源中。

2）在正弦波逆变电源系统中应用16位单片机87C196MC来产生系统所需的SPWM脉冲信号，是非常方便实用的，可使硬件电路大大简化，可靠性提高，同时可利用单片机的强大控制功能，实时地对系统的关键器件和关键参数进行监控，实现对系统工作状态的自诊断。

3）大功率IGBT逆变器的保护电路设计对其可靠工作具有非常重要的作用，应充分重视。IGBT模块的吸收电容C3及C4须选用低感电容，如聚丙烯电容或类似的低介电损耗膜的电容，安装时应尽可能地靠近模块。

4）正弦波逆变电源输出正弦波的失真度与输出滤波器的参数有密切关系，设计中应合理地选取滤波器的截止频率，并照顾逆变电源最高输出频率的需要，滤波电感及电容应满足

式中：fc为滤波器的截止频率，取值为最高输出频率的5～10倍。

变频电源篇4

关键词：变频器供电；永磁电机；振动噪声源；具体影响

变频调速性的永磁电机表现为优良性能，电机的起动及制动、调速等质量都很高。但与此同时，供电所需的变频器也增添了额外的电机振动，增加了噪声源。变频供电的状态下，定子电流附带了较多的时间谐波，与之相应的气隙磁场也很难杜绝谐波的干扰。若变频器本身的频率很近似开关频率，那么气隙磁场还会增添空间的高速谐波，在较大范围内干扰到电磁力波的总数及幅值。由此可见，若采纳了变频器来供应电机电能，则要慎重防控振动噪声源的潜在干扰。应当结合实际，辨析振动电机的噪声源位置及特性，从而减低电机附带的噪声干扰。

1 变频器供电带来的噪声源

从目前状态看，永磁同步电机多配备了变频调速。相比于传统调速，变频调速的新方式拥有更优的性能，起动制动也更为便捷。然而不应忽视，变频器供应电能的方式将会带来更高的电机噪声，增加噪声干扰。若采纳了变频器来供应电能，那么时间谐波将会增加，气隙磁场及定子电流都含有这类谐波。如果变频器符合了开关频率，还会增添更多的电磁力波。在这种状态下，电机及激振力二者的频率会很接近，引发共振因而表现出噪声[1]。

在电机噪声范围内，供电变频器被看作主要的源头。在输入电流时，高次谐波很易带来噪声。实际上，电动机噪声及电流激励二者是密切相关的，噪声源自永磁电机。因此，若要辨析振动及噪声的关系，那么不可忽视控制系统产生出来的噪声干扰。在声场辐射中，装置自带的频率及变频器波形都应充分考虑，这两类要素是主要的。为了调控噪声源，可以变更现有的脉宽以此来削减电流谐波。这是由于，电流谐波对于共振频率是很敏感的。

变频器供电不可避免影响到永磁电机，造成噪声源的振动。为此，首先解析了气隙磁场在变频供电中的波动状态，归纳了各阶段内的谐波频率。经过详尽的解析，给出电机振动覆盖的噪声频谱，区分了正弦波及变频器的频率成分差异。选取某一样机，模拟诊断可得精确的噪声源信号。在供电过程中，永磁电机及气隙磁场都表现出特定的振动频率，可用信号予以表示。

2 气隙磁场带来的噪声源

若选取了变频器来提供永磁电机的运转电能，则需要顾及气隙磁场的真实影响。针对于气隙磁场，在表达气隙磁密时可忽视细微的磁路及铁心磁阻。经过综合衡量，即可拟定必备的表达式。详细来看，先要设定如下参数：f代表气隙磁场内的磁动势，a代表气隙比。在这种状态下，气隙磁场可表述为如下密度：b=f*a。变频送电的过程中，同步运转的永磁电机包含了气隙的磁动势。依照电机学根本原理，正弦波供电状态下的磁动势还可分成定子谐波、基波及永磁体这样三类。在永磁电机中，同时表现出这三类的磁动势[2]。

相比于正弦波供电，变频供电针对于永磁电机带来的谐波磁动势是较大的。这是由于，定子谐波将会产生某一比值的基波电流，时间谐波电流密切关系到定子的磁动势。在这之中，定子谐波很难避免潜在的磁动势，它根源于供电变频器的偏大噪声。在谐波干扰下，永磁电机也很易频繁振动，造成过大噪声。定子基波电流可引发磁动势，与此同时，时间谐波电流也包含了同样的磁动势。定子在开槽状态下，气隙比产生出来的磁导倾向于恒定，由此即可算出这个阶段内的精确谐波比。在这种计算中，忽视了谐波磁导及磁动势的彼此影响。

变频器供电时，同步性的永磁电机包含着特定的气隙磁场。在表达式中，变频供电范围内的所有要素都被涵盖在内。气隙磁场设定的表达式代表了谐波频率、变频器特有的开关频率，解析了二者的内在关系。转子谐波磁场及变频器将会彼此作用，因此带来较高频率状态下的磁场幅值。此外，电磁激振力附带的波形频率也是很高的，由此引发关联的电机噪声及振荡。

3 解析以及计算

3.1 有限元的解析

变频器针对于永磁电机的供电不可忽视隐含的气隙磁场，对于这种磁场，有必要采纳有限元特定的解析方式。具体而言，有限元解析的侧重点应为噪声特性及电机振动特性。给出特定的供电条件，而后解析得出潜在的振动特性规律。例如：某台电动机设定为20kW总的供电功率，外形为盘式装置。正弦波供电过程中，分别解析得出了气隙磁场在各阶段的精确波形。盘式电机拟定了如下参数：20kW额定的电机功率、每分钟400转的转速、5的电机相数、25的定子槽数。此外，设定了85Hz的额定电机频率。定子的内外直径分别设定为200毫米及400毫米。电机在运转时，描绘了盘式的三维图例，构建立体模型。针对于电机磁场，在绕组及电机定子范围内添加了3Hz特定的开关频率及正弦波电流。在这种状态下，算出时间谐波电流，描绘了气隙磁场的电机波形[3]。

正弦波在日常供电时，要格外注重定子半径中间的气隙磁场，描绘出这个端点的精确波形。设定了3kHz的开关频率，这种基础上即可描绘明晰的磁场波形。经过观察可知，变频器在用于磁场供电时，定子电流隐含了高次谐波，这种谐波被看作时间谐波。在这时，电机磁场将会显露多余的毛刺，在图例中表现尤为明显。经过波形分析，可得各次谐波对应着的幅值及频率，进而获取精准的频谱图。在盘式供电的装置中，3kHz这个数值周边呈现为最高的磁场谐波，气隙磁场也引发了频繁性的振动。在这之中，最大幅值谐波表现出3000Hz及3300Hz的峰值。变频器自带的开关频率密切关系到这些最大频率，二者是有所关联的。

设定了5kHz及6kHz的另外两种开关频率，这种基础上描绘了磁场波形。傅里叶方法解析可得开关频率周边范围内的气隙磁场谐波，归纳了谐波频率总体的变更趋向。针对于开关频率、主要谐波频率，经过探析可知二者是紧密相关的。变频器拟定了开关频率，运行中的电机也呈现为特定化的频率变化趋向。

3.2 模拟振动噪声的实验

永磁电机处在气隙磁场范围内，这时就很难避免谐波。经过推算可知各阶段内的电机谐波频率，这些数值可为后续估算提供参照。永磁电机呈现为频繁波动的频率，也不可忽视电磁的激振力。为了验证公式，还需测定各类频率状态下的磁场波形变动，推算这种变动的总趋势。在具体实验时，针对于永磁同步的盘式电动机，给出不同频率下的精确磁场波形。经过傅里叶变换，得到气隙磁场在接受供电这个时段内的谐波频率。对比得到结论：气隙磁场在变频器送电时的谐波频率吻合了实测得出的频率。在某些时点上，频率也存在误差，但始终处在可调控的范围内。

3.3 激振力带来的噪声源

转子及定子在磁场内都会附带谐波，二者彼此作用，产生了激振力。在定子的表面，电机噪声及频繁性的振荡都是不可消除的，都应考虑在内。在变频供电时，电机定子在磁场中将会产生较高的谐波，这种谐波密切关系到电枢磁场及隐含的开关频率。磁场及谐波彼此发生了作用，因而增添了额外的激振力。针对于定子侧，激振力频率可表述为永磁体基波及磁场频率二者的差值。变频器供电的时段内，永磁电机引发的频率也就代表了总的激振力作用[4]。

后期在计算时，采纳了有限元软件描绘了瞬态的三维磁场。依照磁场定律，定子表层的铁心也可产生某一层次的激振力，这种激振力源自电磁的作用。不同时间段内，激振力也会呈现出不同。得到了激振力之后，即可描绘明晰的频谱波形。在这种基础上，比较得出精确的频率。有限元解析获得的电磁激振力大致等于真实供电中的激振力，两类数值并没有凸显较大的差值。这是由于，电机附带的噪声及振动都可归因于表层的激振力，来自电机的定子。由此也可推断出：噪声频率及对应着的振动频率是紧密相关的。经过推算及总结，表述了噪声及电机振动的频率特征。

4 归纳噪声源的影响

4.1 噪声源的总体影响

探析噪声源的振动影响，选取了有限元法及解析法。针对于变频器供电，应当辨析电磁激振力、气隙磁场及振动噪声各自的频率特性。在详尽解析之后，归纳可得噪声源包含的要素及影响。

变频器供电中，在气隙磁场中的永磁电机将会改变固有的定子谐波电流。在这种状态下，变频器自带的开关频率若很接近空间磁场谐波，则会增添更大噪声的干扰。定子磁场也含有特定比例的谐波频率，电机振动引发的噪声频率及谐波频率二者也是有关的，可以设定特定的表达式。选取了待测点，而后归纳可得供电变频器附带的噪声。经过解析可知，3kHz这个频率周边聚集了偏多的谐波，因而也带来了噪声。气隙磁场在这个范围附近表现出偏高噪声，永磁电机恰巧也呈现为较高噪声，两类噪声的幅值是吻合的。这种状态可归因为：基波及变频电流二者拥有同等的频率，因此呈现出彼此调制的相互关系，这样即可产生噪声的新峰值。

此外，供电方式设定为正弦波时，永磁振动引发的电机噪声聚集于偏低的噪声频段内。与此同时，永磁电机采纳的变频供电也呈现为集中的频率。开关频率附近，更容易聚集高频率的噪声。由此可见，若要阻止或者减低供电进程中的电机振动、消除噪声干扰，则应从根本上消减开关频率范围内的干扰谐波。唯有如此，才能削弱或消解谐波产生出来的永磁电机干扰。

4.2 噪声自身的特性

模拟可得三维的声场，进而算出永磁电机在各阶段的具体振动影响。对于盘式电机，也解析了这种声场特性。定子绕组可设置为特定数值的谐波电流，以此来模拟正弦波的加载电流。在模拟的基础上，反映了变频器各阶段的供电特性。在测算噪声时，综合衡量了人耳听到的噪声强度，对此可设置声压级。在给出来的测点范围内，测算了变频器及正弦波两类供电方式下的声压级，描绘出频谱图。

在开关频率周围，变频供电的气隙磁场会受到更明显的干扰，进而呈现出谐波。由此可以表明：开关频率这个范围附近都表现出较大幅值。出现这种状态，是由于调制的基波及电流谐波二者彼此干扰，因而带来这个点的噪声峰值。从感知器官来看，耳朵针对于噪声的敏感频段应为1到6kHz。在这个范围内，噪声如果很集中那么将会干扰听觉。

5 结束语

经济在快速进步，永磁电机及供电变频器被广泛用于日常生活及工业，显示出必要的价值。变频器供电的方式表现出便捷性，但很难避免附带的噪声。变频供电很易造成电机的频繁振动，谐波影响到电机运转。经过实验可知：变频器供电产生的噪声根源即为永磁电机的频繁振动。在未来实践中，还需归纳变频器供电的要点，有序缩减运行中的永磁电机噪声干扰，确保最佳的电机效能。

参考文献

[1]唐任远，宋志环，于慎波，等.变频器供电对永磁电机振动噪声源的影响研究[J].电机与控制学报，2012（3）：12-17.

变频电源篇5

关键词：DSP变频；电源设计；变频电源

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）08-0048-03

1 概述

1.1 问题的提出

电动凿岩机是建筑、水利、采矿等行业的重要设备。相对于传统的凿岩设备，电动凿岩机所具有的突出优点是节省能源，其电能利用率高达50%～60%，而常用气动凿岩机仅为10%，此外，电动凿岩机还有噪声低、工作面空气新鲜、无废气污染等优点，极大的改善了劳动条件。但目前使用的电动凿岩机也有明显缺点：对同样硬度的岩石，它的转速只有气动凿岩机的50%～60%。目前大多数电动设备直接使用交流工频电源（50HZ），不能随着工作环境（岩石硬度、钻孔孔径、深度）改变输出转矩、转速，因此工作效率较低。为此，本文采用德州仪器公司的TMS320C2407DSP处理器设计一种新型的5KVA单相正弦波变频电源，通过输出可程控的交流电压，改变电动设备的输出转矩和转速。进而提高工作效率，改善电动设备的工作性能。

1.2 国内外研究现状

变频技术是国内外研究的一个热点。其原因一是由于市场需求。近年来，随着自动化技术程度的发展成熟和能源短缺问题日益突出，变频技术越来越得到重视，并广泛地应用。二是功率器件的发展。近年来各种高电压、大电流的功率器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使先进变频器的生产成为现实。三是现代控制理论和集成电子技术的发展。矢量控制、模糊控制等新的控制理论及神经网络技术为高性能的变频器研制提供了理论基础，而高速微处理器以及专用集成电路技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能提供了硬件平台。

目前国外的变频技术研究，以法、意、德、日等国领先。在大功率变频调速方面，法国的阿尔斯通公司、意大利的ABB公司分别研制出单机容量达数万千瓦的电气传动设备。在中功率变频调速技术方面，德国的西门子公司研制出的SimovertA电流型晶闸管变频调速设备和SimovertPGTOPWM变频调速设备，己实现全数字化控制；在小功率交流变频调速技术方面，日本的富士BJT变频器、IGBT变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化。

国内研究方面，从总体上看我国变频调速的技术水平较国际先进水平有较大差距。目前在大功率交——交、无换向器电机等变频技术方面，国内虽有部分单位可研制生产，但在数字化程度及系统可靠性等方面还有待改进。对程控变频电源的理论和实践研究取得的成绩，可查主要有：王小薇、程永华对于基于DSP双环控制的逆变电源设计研究；余功军、钟彦儒、杨耕对IGBT变频器死区时间的补偿策略研究；程永华、杨成林、徐德鸿对于基于DSP变压变频电源设计研究；程曙、徐国卿、许哲雄对SPWM逆变器死区效应分析研究；赵勇对基于IGBT大功率变频电源的研究；李锋对基于DSP的SPWM变压变频电源的研究等。

同时由于目前我国采用的半导体功率器件和DSP等器件依然严重依赖进口，使得变频器的制造成本居高不下，无法形成有竞争力的产业，也是影响我国变频技术发展的一个主要原因。

2 基于DSP的新型单相正弦波变频电源设计

2.1 设计思路

本文以美国德州仪器公司的TMS320C2407DSP处理器为核心设计了一种新型的5KVA单相正弦波变频电源。通过输出不同频率、电压的电源信号，对异步电机的转速、转矩进行控制。从而实现了电动凿岩设备针对不同岩体提高钻孔效率的目的。该不安品电源的硬件部分主要由主电路、保护电路、控制电路等部分组成。主电路包括整流、滤波、逆变器、驱动电路等；保护电路包括过压欠压保护、限流启动、IPM故障保护、过流保护等；控制电路则主要包括DSP控制电路、PWM信号发生电路、A/D、D/A转换电路等。在软件方面，考虑到SVPWM控制算法比较适合于数字控制系统，本文编制了基于SVPWM控制算法的控制软件。经过工作现场试验结果表明，该系统可以在30—300Hz范围内均匀调速，在不同的负载情况下，具有较好的稳定性和较强的抗干扰能力。

2.2 硬件系统结构

本文设计变频电源的硬件系统以Tl公司的TMS320LF2407A型DSP为控制芯片，由主电路、保护电路、控制电路等组成，其原理结构图如图1。

图1 硬件系统原理结构图

其中主电路包括整流、滤波、逆变器驱动电路等组成。其工作原理是把单相交流电通过整流模块变为直流电，整流后的脉动电压再经过滤波电容平滑后成为稳定的直流电压。再由逆变电路对该直流电压进行斩波，形成电压和频率可调的单相交流电提供给异步电机。由于IPM是IGBT的功率集成电路，需要有专门的驱动电路，本文采用调压电路把电压抬高到15伏来进行驱动。系统保护电路包括过压、欠压保护、限流启动、IPM故障保护、过流保护等。控制电路包括DSP控制电路、PWM信号发生电路、A/D、D/A转换电路等。

2.3 整流和滤波电路

整流和滤波电路属于主电路的一部分，其结构图如图2所示。工作时，220V的交流电源经过四个二极管的全波整流，变为直流，其中电解电容C1为整流滤波电容，电阻R1为放电电阻，在断电情况下为C1提供放电回路，同时也为逆变器负载和直流电源之间的无功功率提供缓冲。

图2 整流和滤波电路

2.4 逆变电路设计

（a）逆变电路结构原理图（b）输出方波信号波形图

图3

本文即采用的是电压型逆变电路。因为本文设计变频电源主要应用在电动凿岩设备上的。所以我们采用的是单相全桥逆变电路。图3为单相电压桥式逆变电路的结构原理图及输出波形图。全控型开关器件T1和T4构成一对桥臂，T2和T3构成一对桥臂，T1和T4同时通、断；T2和T3同时通、断。T1（T4）与T2（T3）的驱动信号互补，即T1和T4有驱动信号时，T2和T3无驱动信号，反之亦然，两对桥臂各交替导通180°。从而得到需要的变频电压信号。

由于本变频电源主要应用电动凿岩设备方面，即一般情况下均是在在阻感负载下工作。因此在0≤θ≤ωt期间，T1和T4有驱动信号，由于电流i0为负值，T1和T4不导通，D1、D4导通起负载电流续流作用，u0=+Ud。θ≤ωt≤π期间，i0为正值，T1和T4才导通。π≤ωt≤π+θ期间，T2和T3有驱动信号，由于电流i0为负值，T2、T3不导通，D2、D3导通起负载电流续流作用，u0=-Ud。π+θ≤ωt≤2π期间，T2和T3才导通

2.5 电平转换设计

由于DSPTMS320LF2407是低功耗芯片，必须采用3.3V供电，与驱动主电路的电平不匹配，易引起事故，损坏芯片。故本实用新型设计中包含了电平转换设计。本文采用的驱动芯片M57959L本身具备隔离输入作用，因此在电平转换设计中不必要增设隔离电路。本实用新型采用I/O直接输出转换设计。

图4 采用M57959L的电平转换驱动电路

2.6 软件部分设计

控制算法的软件化为交流调速系统控制算法的选择、复用提供了方便。本设计基于TMS320LF2407A事件管理器，采用DSP自带的汇编语言编写软件CCS进行编写，系统的软件设计可简单分为两个部分：一个是系统的初始化模块，另一个是控制算法模块。其中初始化只在系统上电时执行一次，而控制算法模块包括SVPWM的生成，速度反馈信号的采样和处理等。系统的整在程序初始化之后进入主循环程序，DSP产生SVPWM使电机开始运行。其调用的频率与PWM的输出频率一致。系统软件流程图如图5所示。

3 应用实验及展望

本文所设计制作的5KVA单相正弦波变频电源，可输出30～300HZ交流电压。所制作的样品在湘西同力机械公司、武陵电化总厂金属包装厂经过多次实验表明，应用本文设计变频电源控制异步电动机工作时，在不同频率、不同负载情况下，输出转速和转矩可基本实现实时控制，具有较好的工作稳定性和抗干扰能力。

未来，将从两方面对本设计进行改进，一是将改进硬件结构设计，逐步增大电源容量；二是改进软件算法设计，实现变频电源的最优实时控制。

图5 系统软件流程图

参考文献

[1] 王小薇，程永华.基于DSP双环控制的逆变电源设

计[J].电力电子技术，2004，38（3）.

[2] 冯勇，叶斌.IGBT逆变器吸收电路的仿真分析与

参数选择[J].电力机车技术，1999，（2）：12-14.

[3] 余功军，钟彦儒，杨耕一种IGBT变频器死区时间

的补偿策略[J].电力电子技术，1997，（4）：7-9.

[4] 程永华，杨成林，徐德鸿.基于DSP变压变频电源

设计[J].电力电子技术，2003，37（5）.

[5] 程曙，徐国卿，许哲雄.SPWM逆变器死区效应分

析[J].电力系统及其自动化学报，2002，14

（2）：39-42.

[6] 陈国呈.电压型PWM逆变器的波形失真及其补偿

方法[J].冶金自动化，1990，14（3）：11-14.

[7] 余功军，钟彦儒，杨耕一种IGBT变频器死区时间

的补偿策略[J].电力电子技术，1997（4）：7-9.

[8] 刘陵顺，尚安利，顾文锦.SPWM逆变器死区效

应的研究[J].电机与控制学报，2001，5（4）：

237-241.

[9] 赵勇.基于IGBT大功率变频电源的研制[D].山东

大学硕士论文，2006.

[10] 王鹏.基于单片机控制的车载高频链逆变电源的

研制[D].河北工业大学硕士论文，2007.

[11] 李锋.基于DSP的SPWM变压变频电源的设计

[D].湖南大学硕士论文，2008.

基金项目：本文系湘西州科研课题《共振式变频电动凿岩机研究》研究成果。

变频电源篇6

关键词：高频变压器，模拟退火算法，优化

 

[摘要]以优化高频变压器的磁芯功率损耗和绕组功率损耗为目标，以单端反激式变压器为例建立了高频变压器的总功率损耗计算模型。在该功率损耗计算模型的基础上结合从系统角度设计开关电源的方法，采用一种基于模拟退火算法的高频变换器的优化设计方法，得到了设计参数的最优取值。

1.引言

随着电子信息技术的不断发展[1]，各类电子设备在客观上要求小型化、轻量化和提高可靠性。为了适应这种要求需要开展DC-DC变换器的高频化研究。在各种变换器的拓扑结构中，单端反激电路具有很多优点，其中最主要的优点是电路简单，成本低,适合多路输出。由于电路简单，在小功率情况下体积可以做得最小，这种变换器拓扑结构在小功率的变换器设计中得到广泛采用。

单端反激DC-DC变换器中的变压器工作时相当于一个带有两个(或多个)绕组的电感，这一点不同于典型的变压器[2]。初级线圈用于磁化磁芯,并且在磁芯损耗方面，磁芯损耗（PL）主要由三部分组成：磁滞损耗（Ph），涡流损耗（Pe）和剩余损耗（Pr）。免费论文参考网。其他讲了一些关于绕组、磁芯等的基本概念并没有提出新意的观点。在每个周期开关导通时间内存储能量，次级线圈用于磁芯的退磁，并将在开关管导通时间内变压器存储的能量传递给负载。所以在设计高频反激变压器时必须考虑设计的变压器能传递所需要的能量。免费论文参考网。另外，为了设计高效率的变换器还需要考虑变压器的功率损耗。

2.单端反激变压器功率损耗模型的建立

以高频单端反激变压器为例推导计算变压器总功率损耗的数学模型：通过功率损耗分离的方法可以将变压器的功率损耗写成磁芯功率损耗与绕组功率损耗的总和[2]。

2.1磁芯功率损耗

变压器的功率损耗可以分为磁芯功率损耗和绕组功率损耗，而磁芯功率损耗主要是由涡流功率损耗和磁滞功率损耗构成的。磁损的计算公式如下：

（1）

——磁芯损耗；

——磁芯单位体积损耗密度；

——磁芯重量；

——密度；

2.2绕组损耗

在电力电子领域，为了分析和设计在非正弦条件下的传统高频变压器的绕组，陆续研究出一些实用的分析方法，一般是通过分析得到绕组的交流电阻，然后由交流电阻计算绕组功率损耗。绕组的功率损耗也可以用下面的公式表达：

（2）

其中，为通过高频变压器绕组的电流有效值； Kr为趋肤系数；ρ为铜的电阻率；MLT为平均匝长度（单位m/匝）；N为线圈的匝数；为绕线的横截面积。

3优化设计思路

传统的变换器设计沿用了工频变压器的设计方法，特点是工作磁感应强度变化、最大导通比Dmax通常由经验确定，然后通过反复试验加以调整，最后完成设计。这样设计的缺点是，往往要进行反复的重新设计来积累经验，对变换器的整体设计造成影响，需要多次重新调整变换器的整体设计，而且往往选择的参数并没有达到系统最优。模拟退火算法是一种基于随机搜索的最优算法，该算法非常适用于工程实际求解最优解。本文提出新的设计方法是在最初的设计中引入功耗计算，选择最小功耗的方案，确定最小功耗前提下的和Dmax的最优选择，进一步设计变换器整体设计中的其他参数。本文探讨了在效率最高、损耗最低、温升最低的约束条件下Bm、J的最优值，建立数学模型，并通过模拟退火算法实现优化设计[3]。

根据本文在前面的到的结论：当变压器初级铜损等于次级铜损、磁芯损耗等于绕组损耗时，变压器总损耗最小。以反激变换器为入手点，建立方程：

（3）

其中：G为磁芯重量；Kr趋肤系数；K1为Ap余量；K2为铜损余量；磁芯选最为常用的PC40磁芯，则Pcv有：

（4）

由上式即可求出变压器总损耗最小时和D的最佳值。

本文利用模拟退火算法研制300kHz的AC-DC高频变压器[4]。其据以指标为：电结构为单端反激，工作方式为连续电流工作模式，输入电压为交流220V，输出电压为5V，输出电流为0.05~2A，工作频率为300kHz，效率为90％。免费论文参考网。其中的取值范围为0.0001-0.07T，Dmax的范围为：0.2-0.5。利用模拟退火算法，退火策略选用指数型退温：；其中a为一个小于零的常数。a越小，退火速度越快。为初始温度，这里选1000。下图1所示的为在整个迭代过程中，Dmax整体最优解的变化过程。

图1 占空比最优的迭代过程

4结语

通过理论推导建立了高频反激变压器总功率损耗的数学模型，提出利用数据拟合技术和模拟退火算法求解高频反激变压器的总功率损耗最小时和Dmax的最优取值的优化设计思想。提出一种优化设计高频DC-DC变换器的方法，以单端反激变压器为例，通过遗传算法得到、Dmax和Lp的最优取值的优化设计。试验验证采用这种优化设计方法设计的反激变换器具有很高的效率。

[参考文献]

[1]张占松，蔡宣三．开关电源原理与设计[M]．北京：电子工业出版社,1998．

[2]赵修科．开关电源中磁性元器件[M]．南京：南京航空航天大学自动化学院,2004．

[3]王耕富．高频电源变压器磁芯的设计原理[J]．磁性材料与器件,2000．

[4]王凌．智能优化算法及其应用[M]．北京：清华大学出版社,2001．

 

变频电源篇7

【关键词】高压变频器；运行中出现的问题；解决方法

【中图分类号】V351.31 【文献标识码】A 【文章编号】1672—5158（2012）08—0051-01

当今社会，高压变频器技术的使用已经广泛应用到各大发电厂中，可是在使用过程中由于故障问题时常会引发锅炉灭火等事故的发生，因而降低高压变频器的故障发生率及安全性成为当务之急。本文作者针对电厂高压变频器部分故障做出简要分析，提出一系列解决方法为以后电力企业的发展提供前提条件。

一、运行环境温度对高压变频器的影响及解决方法

凝结水泵变频器运行中跳闸，动作报告为重故障跳闸。检查高压变频器配电室发现：室内空调不制冷，其电源线及走线盒都因高温变形脱落，致使变频器室温剧增，变频器停运。分析原因是高压变频器长期运行，设备温升较高，变频器室制冷空调运行中发生故障，导致室温剧增而使高压变频器停运。

解决方法：对变频器室制冷空调进行改造，使用空水冷却器。主要依靠其特殊结构实现水、气之间的热量交换，从而将受热升温的空气冷却；当冷却水将热量吸收后，通过循环流动带出机外，再通过水、气的不断循环，完成热水的降温，使室温处于规定范围。变频器中变压器和模块产生的热量由变压器柜和模块柜顶部的风机抽出，通过风道进入空水冷却器的水冷却器中，在水冷却器管壁上，空气和水经过热量交换，空气温度大大降低，冷空气再由变压器柜和模块柜底部的滤网进入柜内，与柜内设备发生热交换，降低了变压器和模块的运行温度，完成了一个空气循环。经过对高压变频器室冷却系统的改造，消除了由于空调故障使环境温度升高从而对高压变频器运行造成的影响，效果良好，而且无污染、能耗低、维护量小。

二、控制电源的可靠性对高压变频器的影响及解决方法

锅炉引风机变频器运行中重故障跳闸，动作报告为控制电源电压欠压保护动作。本变频器欠压保护采样电压由380V/220V隔离变压器供给。从变频器录取波形图看出：当时控制电源电压由220V降为145V，致使其动作（控制电源电压欠压保护的定值整定为160V）。经检查控制回路正常，在测量检查两路380V控制电源和设备元器件的同时，观察到变频器液晶显示中控制电源电压采样有降低现象，仔细检查供给引风机变频器的“控制电源一”，发现380V保安电源抽屉开关中c相插头松动，偶尔有接触不良（缺相）现象，可以认为这是导致控制电源故障的原因。原厂设计时只有当控制电源一消失才能切换到控制电源二，而控制电源是三相交流380V，因此任何一路缺相，线电压只是降低，而不会使切换继电器完全失电返回，也就不能及时地由工作电源切换为备用电源。

解决方法：更换有缺陷的开关部件，并与厂家协商将控制电源电压欠压保护的整定值降低为130V，以提高其在控制电源波动时的可靠性。另外要求运行、检修人员定期对系统的控制电源进行检测和维护，防止缺相现象的发生。

三、内部回路接线问题对高压变频器的影响及解决方法

锅炉一次风机变频运行中，在高压电源外部故障导致的电压短时消失恢复过程中跳闸，动作报告为失压重启过流跳闸。由录取故障波形分析及测试检查发现：A、B一次风机变频柜内高压6kVPT一次相序A相、C相交叉错误（变频器及电机电源正确），致使变频器短时失电恢复瞬间变频器由PT判断电源与负载残压之间不同相，计算冲击电流很大，报失压重启过流跳闸。而实际应用中，有些变频器没有失压重启功能，当电源电压短时消失恢复时不能重启，本变频器虽有失压重启功能，但因内部接线错误还是不能实现重启。

解决方法：经厂家技术人员对内部接线全面检查，将PT内部错误接线纠正。

四、风扇热偶动作问题对高压变频器的影响及解决方法

锅炉一次风机变频运行中跳闸，动作报告为重故障跳闸。检查原因为变压器柜冷却风扇故障，使变频器停运。厂家原设计为：控制单元冷却风扇故障，报“变频轻故障”，不跳变频器；变压器柜、功率单元柜冷却风机故障，均报重故障，跳变频器。经过一段时间的运行实践，使用和维护人员发现：当变压器柜2个冷却风机任一发生故障，变压器温度短时升高不多，不影响运行，如改报“变频轻故障”，接到报警后检修人员有一定的处理时间，可避免变频跳闸；当功率单元模块柜4个冷却风扇任一损坏，几秒钟内模块温度迅速升高，如改报“变频轻故障”，接到报警后检修人员没有处理的时间，故不能改报轻故障。

解决方法：（1）将变压器柜冷却风扇故障报“重故障跳闸”改为“轻故障发信”，减少了变频重故障跳闸次数；（2）定期清扫柜上滤网，使散热效能最大；（3）利用停机机会加强维护保养，检查紧固螺丝、避免因螺丝松动或接点接触不好引起的发热问题发生。

五、小UPS电源老化对高压变频器的影响及解决方法

锅炉一次风机变频器运行中跳闸，动作报告为重故障跳闸。检查原因为变压器柜内小LIPS电源老化故障使变频器控制电源和PLC控制台失电。

解决方法：取消一次风机变频柜中小UPS电源装置，由主厂房的本机组大UPS电源接替，本机组UPS电源直接送至变频器控制柜，减少了中间环节，提高了供电的可靠性。由于变频器控制系统电源使用的是100V电源，机组UPS的220V电源进入变频器控制柜后，经变频器控制柜内220V/100V隔离变压器，输出分两路，一路供应变频器控制柜电源，另一路为PLC控制台提供控制电源（如图1所示）。同时将其他变频器内运行时间较长的小UPS全部更新。

六、元器件质量问题对高压变频器的影响及解决方法

锅炉引风机变频器在其启动时有时直接报重故障，启动不成功。动作报告为重故障跳闸。经检查，重故障继电器动作原因是在停止引风机变频器运行操作时，启动重故障继电器再由继电器接点开入变频PLC实现跳闸后，继电器剩磁太大不返回，使下次启动变频器不成功。

解决方法：将剩磁大不能可靠返回的重故障继电器更换为高质量进口欧姆龙继电器。

七、使用操作不当对高压变频器的影响及解决方法

锅炉引风机变频器运行中发出报警信号，运行人员误操作将就地变频柜上的急停按钮当做复位按钮来用，致使变频器停机。变频器认为这是人为有意识的急停，不属于变频器的重故障，不报重故障。实际变频器报警时是不需要也不能够进行复位的，只有故障造成变频器停机后才可以复位，消除故障后再启动运行。

解决方法：（1）在现场对急停按钮再次做了明显标识；（2）对运行值班员和维护人员进行现场培训。

八、结束语

综上所述，高压变频器故障的解决不仅可以保证设备稳定运行，避免人员事故的出现，还可以确保电厂的整体安全，进而推动整个社会的和谐发展。

参考文献

[1]罗毅.火力发电厂高压变频器的运行与维护[J].重庆电力高等专科学校学报，2011，（6）

变频电源篇8

关键词：变频器;干扰;抑制

中图分类号：TM文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）10-0394-02

1 变频调速系统的主要电磁干扰源及途径

1.1 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。

1.2 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。

1.2.1 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。

1.2.2 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。

1.2.3 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。

2 抗电磁干扰的措施

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 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

2.5 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。

3 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。

4 结语

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.

［5］张宗桐.变频器及其装置的EMC要求［J］.变频器世界，2000，（9）.