变频器电路控制分析论文范文

变频器电路控制分析论文范文第1篇

正弦脉宽调制和变频调速技术在工业控制领域的应用日见广泛。许多电力测试仪器都要求大功率、高性能以满足电力设备的测试要求。目前，市场上的大功率开关电源，其核心功率器件大都采用MOSFET半导体场效应晶体管和双极型功率晶体管，它们都不能满足小型、高频、高效率的要求。MOSFET场效应晶体管具有开关速度快和电压型控制的特点，但其通态电阻大，难以满足高压大电流的要求;双极型功率晶体管虽然能满足高耐压大电流的要求，但没有快速的开关速度，属电流控制型器件，需要较大的功率驱动。绝缘栅双极型功率晶体IGBT集MOSFET场效应晶体管和双极型功率晶体管于一体，具有电压型控制、输入阻抗大、驱动功率小、开关速度快、工作频率高、容量大等优点。用高性能的绝缘栅双极型功率晶体IGBT作开关逆变元件、采用变频调幅技术研制的逆变电源，具有效率高、性能可靠、体积小等优点。

2 工作原理

该电源采用高频逆变技术、数字信号发生器、正弦脉宽调制和变频调幅、时序控制上电和串联谐振式输出。电源具有效率高、输出功率大、体积小等优点，其总体原理框图如图1所示。

由数字信号发生器产生的正弦波被25kHz的三角调制波调制，得到一个正弦脉宽调制波，经驱动电路驱动逆变元件IGBT。改变正弦波的频率，幅值便可达到调频调幅输出，逆变输出为串联谐振式输出，将高频载波信号滤掉，从而得到所需频率的正弦信号。时序控制电路用来控制功率源供电电源在上电时缓慢上电，确保电源上电时电流平稳，同时还避免非过零点开关带来的冲击;在控制电路中还设计了故障锁定功能，一旦电源故障，锁定功能将禁止开通IGBT，当故障出现时，IGBT被锁点开通，这时大容量滤波电容会储存很高的电能。所以，电源部分有故障保护自动切断工作电源和自动放电功能，整机设计有双重过流、过压和过热等完善的保护功能。

3 控制与驱动电路

控制电路指主控电路，包括正弦脉宽调制波的产生，占空比调节和故障锁定电路。控制电路的正弦调制波，可根据实际应用情况调节其频率。驱动电路则采用三菱公司生产的IGBT专用驱动模块EXB840，该驱动模块能驱动高达150A/600V和75A/1200V的IGBT，该模块内部驱动电路使信号延迟1μs，所以适用于高达40kHz的开关操作。用此模块要注意，IGBT栅射极回路接线必须小于1M，栅射极驱动接线应当用绞线。EXB840的驱动电路如图2所示。

4 逆变与缓冲电路

该电源采用半桥结构串联谐振逆变电路，主电路原理如图3所示。在大功率IGBT谐振式逆变电路中，主电路的结构设计十分重要，由于电路中存在引线寄生电感，IGBT开关动作时在电感上激起的浪涌尖峰电压Ldi/dt不可忽视，由于本电源采用的是半桥逆变电路，相对全桥电路来说，将产生比全桥电路更大的di/dt。正确设计过压保护即缓冲电路，对IGBT的正常工作十分重要。如果缓冲电路设计不当，将造成缓冲电路损耗增大，会导致电路发热严重，容易损坏元件，不利于长期工作。

过程是：当VT2开通时，随着电流的上升，在线路杂散电感Lm的作用下，使得Uab下降到Vcc-Ldi/dt，此时前一工作周期以被充电到Vcc的缓冲电容C1，通过VT1的反并联二极管VD

1、VT2和缓冲电阻R2放电。在缓冲电路中，流过反并联二极管VD1的瞬时导通电流ID1为流过线路杂散电感电流IL和流过缓冲电容C1的电流IC之和。即ID1=IL+IC，因此IL和di/dt相对于无缓冲电路要小得多。当VT1关断时，由于线路杂散电感Lm的作用，使Uce迅速上升，并大于母线电压Vcc，这时缓冲二极管VD1正向偏置，Lm中的储能(LmI2/2)向缓冲电路转移，缓冲电路吸收了贮能，不会造成Uce的明显上升。

5 缓冲元件的计算与选择

式中：f开关频率;Rtr开关电流上升时间;IO最大开关电流;Ucep瞬态电压峰值。

在缓冲电路的元件选择中，电容要选择耐压较高的电容，二极管最好选择高性能的快恢复二极管，电阻要用无感电阻。

6 结束语

变频器电路控制分析论文范文第2篇

功率单元的电压等级和串联数量决定变频器的输出电压, 功率单元的输出电流决定变频器的输出电流。

由于采用整个功率单元串联, 所以不存在器件串联引起的均压问题, 也不存在二极管嵌位电路或电容嵌位电路引起的直流侧分压电容电压不均衡问题, 但是串联功率单元较多, 对单元本身的可靠性要求较高。这种变频器的一个发展方向是采用额定电压较高的功率单元串联, 在达到满足输入、输出波形质量要求的前提下, 尽量减少单相串联单元的个数, 提高系统可靠性。

1 多重化整流电路

由于中高压变频器容量一般较大, 且应用日趋广泛, 对电网谐波污染的问题已经不可忽视, 国际上对谐波污染控制的标准中, 应用较普遍的是IEEE519-1992, 我国也有相应的谐波控制标准, 应用较为广泛的是国标GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》。IEEE519-1992标准规定在电网短路电流小于20倍负载电流时总谐波电流失真小于5%。变频器对电网的影响主要取决于变频器整流电路的结构和特性。在变频器中常用的是电压型二极管整流电路, 它的输入谐波电流取决于电网侧阻抗和直流电抗器的大小, 由于采用二极管不可控整流, 换相在对应线电压最小时才发生, 导致di/dt非常小, 由于换相重叠角与输入电抗有关, 当电源侧阻抗较大时, 换相更加缓慢, 使高次谐波电流相对于晶闸管整流电路大大降低, 但与规定的5%的谐波电流失真率相比仍然较大。为了解决这一问题, 有以下三种解决办法。

(1) 在整流桥输出和滤波电容之间串入直流电抗器, 这样可以减少输入电流的谐波含量, 然而也会带来弊端, 影响滤波电容对变压器输入浪涌电压的吸收效果。

(2) 利用多重化整流电路减小输入电流的谐波。采用12脉波整流电路后, 其网侧电流仅含次谐波, 谐波含量随谐波次数的增大而迅速下降, 也随脉波数的增大而减少, 因此电流谐波含量会大大降低。除了6脉波、12脉波整流电路结构外, 还可采用更高脉波数的结构, 如18脉波、24脉波, 输入谐波也会随着降低, 但导致系统结构更加复杂, 成本增加。

(3) 整流侧采用P W M整流电路, 通过PWM控制使电网输入电流接近正弦波, 谐波电流很低, 但大大增加了系统的复杂性和成本。

如果级联型中高压变频器的输入变压器仅仅起到隔离和变压的作用, 各绕组的相位一致, 将导致输入电流的谐波含量超过给定标准, 对电网造成严重污染。因此, 一般级联型中高压变频器的输入变压器采用移相设计, 以达到降低输入谐波电流的目的。对单相m个功率单元串联的结构, 变压器的3m个绕组采用延边三角形联结, 依次相差π/3m电角度, 分别给m个单元供电, 形成6m脉波的整流电路。各单元流过整流电路的电流经过变压器折算到一次侧后, 输入电流中仅含谐波6mk±1次谐波, 大大减少了输入电流的谐波含量, 假定5个功率单元串联, 形成30脉波的整流电路, 网侧电流仅含次谐波, 总的电流失真率可低于1%, 不加任何滤波器就可满足电网对电流谐波失真的要求。另外, 各次谐波电流的有效值与谐波次数成反比, 与基波电流的比值是谐波次数的倒数。在相同负载的情况下, 多重化整流电路的基波电流与电压的相位差的余弦值即位移因数都是cosα, 不随整流脉波数的增加而提高, 但基波因数随脉波数的增加而提高, 所以总体输入功率因数也相应提高。对于二极管整流电路而言, 相电流相对于相电压的延迟角α一般小于15°, 对应的位移因数大于0.966, 所以采用多重化 (18脉波以上) 的二极管整流电路, 总的输入功率因数基本上可保持在0.95以上。

采用二极管整流电路的另一个优点是变频器对浪涌电压的吸收能力较强, 雷击或操作过电压可以经过变压器 (变压器的阻抗一般为8%左右) 产生浪涌电流, 经过功率单元的整流二极管, 给滤波电容充电, 滤波电容足以吸收进入到单元内的浪涌能量。另外, 变压器一次侧安装了压敏电阻吸收装置, 起到进一步的保护作用。而一般的电流源型变频器, 输入电阻很高, 对浪涌电压的吸收效果远不如电压型变频器。

因此, 由于采用了多重化整流电路, 级联型中高压变频器的输入功率因数较高, 串联单元的个数越多, 对电网的污染越小, 当然, 单元个数的增多也增大了变压器的制造难度。

2 逆变电路结构

2.1 传统级联型多电平逆变电路

传统级联型多电平逆变电路是指多个同样的单相电压型H桥直接串联 (以后称单相H桥) 。当C1=C2=L=Cn时, 称为传统级联型多电平逆变电路。除了具有多电平共同的优点之外, 这种电路的主要特点有以下几点。

(1) 直流侧采用独立直流电源, 不存在电压均衡问题。

(2) 对于输出相同的电平数, 与其它拓扑结构相比, 所需器件个数最少。

(3) 实际应用中, 嵌位式电路在五电平以上的应用较少, 而级联型可以产生更高电平, 使用于更高电压, 谐波含量更少, 由N个单相H桥组成三相电路, 输出相电压电平个数是2N+1, 线电压电平个数是4N+1。

(4) 控制方法比较简单, 每个单相H桥都是PWM控制, 再进行波形重组。

(5) 由于每个单相H桥结构相同, 给模块化设计带来方便, 且装配简单, 系统可靠性高。另外, 容易实现冗余设计, 一个单元出现故障而被旁路后, 可以用剩余模块降额运行或用冗余模块代替继续满额运行。

(6) 单元串联主要的缺点是需要多个独立的直流电源, 变压器造价较高, 应用受到一定限制。

2.2 混合级联型多电平逆变电路

为了减少单元模块个数的同时增加输出电压的电平数和提高波形质量, 许多学者提出了混合级联型多电平逆变电路, 主要包括两种情况, 一是各个级联单元的直流侧电容电压不同;二是级联单元的逆变结构不同。级联单元的逆变结构可以有多种结构, 包括单相H桥、二极管嵌位式多电平、电容嵌位式多电平等, 这些结构相互组合可以构成不同的级联型多电平逆变电路, 再与不同的直流侧电容电压进行组合, 得到更多种类的拓扑结构。本文只对其中应用较广的几种结构进行分析。

首先介绍一下最大扩展原则。如果已知串联的单元个数和每个单元输出的电平数, 就可以根据最大扩展原则来确定逆变器获得最多电平数输出时, 各个单元直流侧电容电压的比值。最大扩展原则如下所述:对于由m个级联单元串联构成的单相多电平变换器, 若每个单元输出的最大电平数为nj (i=1, 2, , m) , 那么当各个单元的直流电压按式 (1) 设置时, 可得到最大输出电平数n, 如式 (2) :

以2个单元均为单相H桥 (2-H桥) 为例, 2个单元输出的最大电平数都是3, 利用最大扩展原则, 当Vdc2/Vdc1=1/3时, 可得到最大电平数的输出n=33=9。因此, 为了得到更大电平数的输出, 当各单元的独立直流电源的电压比是20:2:22:L:2N和时30:3:32:L:3N, 分别称为2N型和3N型混合级联结构, 可看作是应用最大扩展原则的一个特例, 但电压比为1∶4或更高时, 输出电平中会出现超过单位电平的跳变, 正弦波失真率变大, dv/dt也变大, 因此用于逼近正弦波的实用价值不大。在2-H/2-H结构的直流侧电容的电压比不同的情况下, 输出的电平数也不同, 如表1所示。

另外, 当串联单元的逆变结构不同时, 又可以组成新型的混合级联型多电平逆变器, 研究较多的是级联单元为二极管嵌位式或电容嵌位式结构, 而且一般为3电平嵌位式, 称为3-H结构, 这样就又出现了3-H/3-H和2-H/3-H两种拓扑结构, 利用最大扩展原则可以确定各个单元的直流侧电容电压比, 很容易得到输出的最大电平数。

如表1所示, 2-H/2-H混合级联型逆变器在不同直流电压比的情况下输出相电压的电平数和器件数的比较 (其中N为单相串联功率单元的个数) 。

在混合级联多电平变换器中, 高电压单元可用GTO等高耐压、低开关频率的功率器件组成, 低电压单元可用IGBT等低耐压、高开关频率的功率器件组成, GTO单元以输出电压的基波频率为切换频率, 主要输出基波能量, IGBT单元在较高的开关频率下进行PWM调制, 用来改善输出波形, 提高整机效率。

摘要：级联型中高压变频器将若干个独立的低压功率单元的输出串联, 实现高压输出。电网电压经过移相变压器降压后给功率单元供电, 每个功率单元分别由输入隔离变压器的一个二次绕组供电, 变压器二次绕组之间相互绝缘。功率单元为三相输入的整流电路和单相输出的交-直-交电压源型逆变器结构, 将相邻的功率单元串联起来构成单相, 三相输出Y型联结。

变频器电路控制分析论文范文第3篇

[摘    要]在矿山开采过程中，由于矿山机电设备所消耗的能源较大，产出和消耗不成比例，因此受到人们的广泛关注。近年来，我国在变频控制技术方面的资金与精力投入不断加大，且把此种控制技术推广到机电生产与矿山领域，合理化应用变频控制技术，能实现对机电设备功耗的合理化控制，有利于延长机电设备的实际使用寿命，也推动了我国矿山产业的进一步发展。对此，本文就矿山机电设备变频控制技术展开了相关的分析与研究。

[关键词]矿山;机电设备;变频控制技术

矿山产业为整个社会和工业发展提供了一定的能源，是我国的重点发展产业，且我国矿山企业拥有相对先进的设备与技术。如今，人们对能源的需求量逐步增加，且矿产资源的产量也受到了国家的重视，对此，将相关的科学技术应用到矿山机电设备中具有重要意义。其中以变频控制技术为典型的科技元素逐步被注入到矿山机电设备系统中。目前，矿山数量在不断增加，变频控制技术在整个矿山机电设备中的应用，大大提高了机电设备的运行效率。

1 变频控制技术的基本原理与发展现状分析

通常情况下，矿山机电设备无需长时间且满负荷的运行，为了满足矿山开发与资源保护的基本要求，可将变频控制技术应用到矿山开发之中，以防止机电设备产生过剩的力矩。变频调速技术主要包括计算机技术、电力电子技术与电机驱动技术。在变频调速技术应用的过程中，主要是将机械设备与强弱电技术进行有机的结合，以形成一种强大而创新型的技术体系。

1.1 变频控制技术的基本原理

1.1.1 电压转换与调速

（1）变频控制技术在矿山机电设备中的应用。为实现电子技术、危机管理技术和电子传输技术的有机结合，机电设备主要利用电能实现混合处理的综合技术。其主要目的是利用功率半导体器件的实际开关效应，使工频电源及时转换为另一种变频调速装置。

（2）变频技术在煤矿机电设备中的应用，.主要是将变频技术转化为一般的电流和电压，通过改变其频率来实现互用。在这一过程中，交流电压成为实现无级调速的重要驱动电源，电压的基本要求也达到了无损调速的目的。

1.1.2 提高整体性能

结合变频控制技术的基本运行原理，通过调速的方式来应对矿山机电设备的基本负荷变化，以达到自动加减速的效果，有利于提高矿山的基本运行效率。变频控制技术的应用就是矢量控制与转矩直接控制的有机结合，而共同研发的智能化自动控制系统，主要是借助数字信号处理技术与单片机通过集成电路来科学的进行调速，从而达到参数识别与合理化编程，以达到智能化管理效果，更好的应用到矿山机电设备之中。

1.1.3 变频控制技术发展现状分析

目前，变频控制技术仍旧处于积极发展的状态，最关键的是核心功率器件进一步的发展。变频控制技术具有很好的智能化优势，旨在达到直接控制的目的，从而体现变频调速的高效性。近年来，随着科学技术的逐步发展，电子信息技术、自动控制技术、计算机技术和大功率输出技术的应用，使变频控制技术在煤礦机电设备中的应用有了很大的突破。目前，各个行业都在积极地推进环保工作，通过相关的分析可得知，电气设备、采矿、机械与矿山的能耗量比较大，会对周边环境造成严重的负担，从而影响到人们的实际生活，这主要是由于压气、通风等设备会耗费大量的电能。为优化与完善变频控制技术，使其能够更大程度处理好节能问题，从而获得理想的效果。近些年来，通过对神经网络的研发与设计，促使变频控制技术更好地应用到智能控制系统之中，使得变频技术在机电设备中的应用范围逐步拓宽。借助变频控制技术能提高开发效率，有利于推动矿山运行系统的进一步发展。把变频控制技术应用在矿山机电设备中，能有效提高内部编程效率，能精准识别各项参数性，便于煤矿机电设备安全而稳定的运行。

2 矿山机电设备变频控制技术的应用

2.1 变频控制技术在提升机中的应用

在矿山运行系统中，提升机具有高度的存在价值，其主要负责人员与物料的安全运输，在整个矿山生产体系中发挥着十分重要的作用。通常情况下，先通过电动机转子电路与金属电阻器进行有效地连接，利用接触器关闭电阻或鼓型控制器来调节速度，由于电频范围不造成的电阻消耗过大、散热性较差，且精度比较低等问题，在提升机下坡或减速段所设置的直流电源与低频电源，容易造成严重的资源浪费。将变频控制技术应用到提升机驱动系统内，主要是能够从根本上排除一系列的缺点，以达到无极加速与减速的目的，以提高系统的保护性能，其主要优势表现如下：

（1）相关的编程工作可通过程序员的具体指令来完成，为控制与处理好继电器的逻辑关系，电路图和梯形图之间的有效转换更容易控制。

（2）由于外部线路继电器的实际数量大大减少，其所占据的空间也在逐步下降，使得维护成本与故障发生概率大大降低。

（3）借助触摸屏与编程器能够很好的检测出系统存在的故障，能及时检测出机械故障与电气故障。

（4）扩展性能与控制精度大大提高。为更好的修改内部程序，其在不改变硬件连接的基础上，实现系统功能参数的不断变化，以达到柔性控制的目的。

（5）当提升机处于一种负力状态之下，电动机所产生的再生能量会回馈给电网，能有效节约电能，且由于自动力矩的逐步增加，促使轿车安全性能逐步提高。

（6）变频控制技术的应用，有利于促进提升机速度的控制与制动，可大大降低系统设备的磨损率，能有效延长机械设备的使用寿命。

2.2 变频控制技术带式输送机上的应用

带式输送机的功率大于提升机的基本功率。它主要是通过绕线电机的转子绕线来达到工频运行的基本目的，并通过液力偶合器输送到带式输送机部分。带式输送机的基本工作原理主要是利用轮毂的有效转动、摩擦驱动和张力变形使皮带在滚筒上运动。传统的矿石输送带由于大电流起动，运行质量和传动效率容易受到热机械冲击和电机电压波动的影响。由于启动时间较短，皮带断裂老化，对皮带韧性要求较高。此外，液力偶合器使机械零件的磨削程度逐渐提高，容易出现内部温升、运转不良等各种问题，也极易造成更严重的环境污染。如果要解决液力偶合器的启动问题，可以将变频技术引入带式输送机，实现带式输送机的软停软启动，使带式输送机运行更加平稳。通过调节输出转矩和频率，改变和优化电机的工频恒速运行方式，不仅可以降低能耗，而且可以大大提高带式输送机的运行功率。

2.3 变频控制技术在井下绞车电控制系统中的应用

将变频调速技术应用到电控系统与保护系统内，不过要注意各项细节，要求输入电源是660V，频率为50Hz，而输出功率则要调整到0～50W，而电压变动则要控制在-15%～10%，频率调控到-2.5%～2.5%，需要强化过载能力，在负载变化方面，最低为-120%，最高荷载为120%的额定负载，从而满足四象限运转的条件。此外，還支持自动转矩的提升，在低频运转条件下，能够保证额定转矩，可对元件过热问题展开规范化的处理。当控制箱选择快开门方式时，电气控制应选择双PLC数字控制系统。硬件电路应强化对绞车的规范化控制，以达到数字化监控的目的。此外，当PLC遭遇故障时，需要进行稳步地提升。在整个控制系统之中，需要对相关的操作进行合理化的配置，还要及时配备一定的保护设备。另外，应支持一定的保护试验。若信号未发出，不可启动车辆，且信号发出时间≥30d。基于此，才能实现圣光信号与控制回路正常闭锁，且电流温度等相关指标也变得更加直观。

2.4 变频控制技术在通风机中的应用

通风机是矿井中的核心设备，其在整个矿物生产过程中发挥着十分重要的作用。通风机是十分重要的通风设备，其运行时间比较长久，因被称为呼叫系统。在新时期，伴随着采矿与挖掘工作的逐步推进，风压逐步加大，所需功率也大大增加。因此，在矿井下作业时，必须要保证通风机的实际运行功率，才可保证矿井作业的高效性。使用变频控制技术对矿山通风机进行调速，会借助巷道风量需求的有效预测来实现调速，可大大减少能耗量，其具体实施效果也比较理想。借助变频技术来完善通风机后，能够实现变频的软启动，电流冲击也逐步减弱，大大缓解了对整个电网运行设备所产生的影响，还能随时停止与启动。一般来讲，通风机运行速度相对较低，使得通风机的实际工作强度大大降低，可有效延长通风机的实际使用年限，减少维护次数。此外，为确保电动机转速的一致性，在正常运作条件下，确保两台电动机的运行频率尽可能保持一致，防止形成一定的风阻而导致风扇运行受到影响。

3 结语

综上所述，变频控制技术具有安全、高效而便捷的优势，其被广泛的应用到各领域内。在煤矿开采过程中，会耗费大量能量，且电耗是很大的。但在能耗系统中，能源浪费问题还是相当突出的。将变频控制技术应用到煤矿机电设备之中，占用空间小、方便拆卸、操作简单、速度可调节等是其重要优势，尤其是能达到一定的节能效果，能大大减少煤矿生产的能耗率。相信不久的将来，我国科学技术可以得到进一步地发展，可不断深化与提升变频控制技术，从而获得机电设备应有的成效。

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变频器电路控制分析论文范文第4篇

1 交流变频电动机

交流变频电动机是一种特殊的变频电动机, 交流变频电动机在具体应用中与一般变频电动机相比具有以下特点: (1) 在设计中所使用的绝缘材料采用的为抵抗变频器谐波突破的特殊材料, 提高交变频电动机的性能。 (2) 结构设计和电磁设计与一般变频电机相比较特殊。

在石油钻井中应用交流变频电动机与直流钻机和机械钻机相比, 在钻井过程中, 对交流变频调速技术进行合理应用, 可以很好的适应石油钻井在工艺上的具体要求, 并且使钻机的机械结构得到了进简化, 减少了对钻井机械的保养, 使设备的可靠性和安全性得到进一步提高。此外, 交流变频电动机还具有质量轻、体积小、故障少等诸多优点, 因此在石油钻井中需要加强对其的应用, 提高石油钻井的工作效率。

2 交流变频电机控制系统

交流变频电机在石油钻井中得到了广泛应用, 在应用变频电机过程中, 需要做好控制系统的分析。控制系统由发电系统、控制网络、交流传统系统等共同组成。

2.1 发电系统

ROSS HILL和SLEENS电气控制两种系统在具体应用过程中起到的功能都相同;在应用过程中, 主要是对发电机中的励磁电流, 柴油机的转速进行合理控制, 通过对两者的应用可以得到50HZ的稳频和600V的稳压, 并且可以确保系统在运行过程中电流的稳定, 将其作为井场正常运行的稳定电源。在发电机的控制电柜内还设有并网控制电路, 对多台电机并网合闸操作进行合理控制。发电机在运行过程中可以依据工程的具体概括, 两台以上或全部的交流变频电动机在运行时, 均匀分配负荷, 确保负荷转移的平稳性, 从而承受电动机在运行过程中带来的冲击, 以及钻机的负荷特性。发电机的控制装置, 还具有限制功率、短路保护、过频保护等功能。

2.2 控制网络

2.2.1 司钻控制室

目前在石油钻井中所应用的交流变频电钻机都具有司钻控制室, 目前比较常司钻控制系统, 主要分为数字控制和模拟控制两种不同的类型。从控制系统在运行过程中的功能来看, 具体控制中, 可以实现绞车无级调速, 控制加速度闭环、有动系统位置、自动送钻等各项功能。同时, 控制中, 通过显示屏和触摸屏实现对控制系统中的主要设备进行动态监控, 从而确保交流变频电钻机的运行的稳定性和安全性。

2.2.2 PLC控制系统

在应用交流变频电动机过程中, 利用数据采集单元 (变送器、编码器等) , 对可编程控制器进行科学处理, 通过显示屏、触摸平等人机基面显示钻压、悬重、井深、泥浆液等信息的显示。

2.3 交流传统系统

2.3.1 驱动控制系统

驱动控制系统有多个变频柜共同组成, 在具体操作过程中分别将50HZ恒压、600V电压转变为0-750V可连续调控的交流电压, 对驱动钻井泵、钻盘的驱动通过一拖一或一拖二的方式完成。在系统中的钻盘和绞车在具体应用过程中, 具有反转功能, 对扭矩的调解范围不做具体限制, 可以从0%-100%区间内任意转动。Siemens变频器在石油钻机有着比较广泛的应用, 并且实际应用情况来看, 也取得了不错的应用效果, 在石油钻井中应当加强对其的应用与推广, 使其能够更好的为油田钻井服务。

2.3.2 自动送钻

送钻变频柜将50HZ恒压、400V转变为交流电压变流程0-400V, 可以连续调调控的交流电压, 在具体送钻过程中, 通过一拖一的驱动方式完成相应的送钻电动机操作。在自动送钻过程中, 如果采用恒压的方式, 可以利用恒压完成自动送钻操作。如果以恒定的速度完成相应的送钻电机操作, 系统具有正反转动功能, 并且在操作过程中能够起到钻具和放井架的功能, 从而通过恒定不变的速度完成相应的送钻操作。

2.3.3 控制单元

制动单元与存在于变频房外的制动电阻在具体运行过程中起到的功能:如果在具体工作中, 需要对绞车进行制动, 电动机将会进入发电状态, 从而使电动机形成与旋转方向相反的制动力矩, 将机械能转化为电能, 然后利用逆变器将电流传到直流母线上。当最高阀值小于直流母线上的电压大小时, 制动控制单元将会自动与制动电阻相连通, 从而使电容器和直流母线上所存储的多余的电能以热能的形式消耗, 从而使直流母线上的电压大小始终处于恒定不变, 这也被称为能耗制动。

3 结语

随着我国在石油开采技术的高速发展, 钻井的环境将会变得越来越复杂, 这也对钻井工艺提出了更高的要求, 在钻井过程中采用钻井的方式施工, 难以满足在钻井上需求, 因此应当加强对交流变频电动机的应用, 这也与我国钻井的大环境相符。通过近几年, 我国在石油钻井中对交流变频电机的实际应用情况可以看出, 交流变频电机具有不错的应用前景, 因此应当加强对其应用及控制系统的研究与分析。

摘要：交流变频电机在是一种先进的电动钻机, 其发展于20世纪90年代。交流变频电机在现代工业中有着广泛的应用, 特别是在石油钻井中对其进行应用, 有着一般电动机不具有的优点。为了使交流变频电动机在石油钻井中发挥出更好的作用, 对其进行分析是必要的。

关键词：石油钻井,交流变频,电动机

参考文献

[1] 张冀星.石油电动钻机驱动技术浅述[J].中国石油和化工标准与质量, 2012, 01:70.

[2] 黄敏, 梅文庆, 王婷, 杨林.基于变频技术的石油钻井系统改造[J].大功率变流技术, 2012, 02:55-58.

变频器电路控制分析论文范文第5篇

摘 要：目前得到应用的单片机AT89S51温湿度控制仪是在国内外多种同类产品的改进和创新的基础上研发出来的。该种仪器主要由其相应的软件、硬件两部分组成，通过软硬件的共同作用来实现对温湿度进行精确的控制。温湿度控制仪控制系统主要由LED显示器、AT89S51、AT89S51芯片等共同组成。该文就温湿度控制系统中的组成部件及其工作原理、设计方法等进行分析，旨在为温湿度控制仪温湿度检测、温湿度超限报警以及控制精确性的提高提高可靠借鉴。

关键词：温湿度控制 单片机 SHTll

随着产品科技水平的不断提高，工作环境中对温湿度控制的需求越来越多。通常情况下，人们在普遍应用湿度计、温度计来实现对温湿度进行检测，应用人工加湿、加热等手段来实现对温湿度进行控制[1]。这种温湿度的检测设备及控制手段具有较低的实效性和精确性。在对温湿度检测及控制具有较高要求的行业中，缺乏先进设备及技术的温湿度检测和控制系统极易造成各种事故，对产品质量造成严重影响。因此，对基于单片机AT89S51温湿度控制仪进行深入探讨具有重要意义和价值。

1 温湿度控制系统的组成部件分析

单片机AT89S51的温湿度控制仪主要有硬件、软件两大部分组成。在硬件上，AT89S51为其核心部分，同时结合LED显示器、键盘、继电器等多种元件共同组成一个完整的控制系统硬件。在整个控制系统中，单片机是其运行的核心部件。在控制系统的硬件电路主要有继电器接口电路、上电复位电路、时钟电路、LED显示电路、键盘接口电路、595引脚电路多种部分组成。

2 硬件电路设计分析

2.1 时钟电路及键盘接口电路

单片机的运行过程实质上就是一个不断执行相应的指令的过程。系统中的CPU在对每条指令进行执行时，均需要进行相应的 操作数、操作码等获取，然后才能进行指令的执行工作[2]。CPU执行指令相关操作流程均受CPU时钟脉冲的控制，此类脉冲则均是由CPU定时控制器提供。所以，在温湿度控制仪中，存在于控制系统中的时钟电路发生作用主要是利用存在于MCS-51单片机芯片内部的一个放大器，对时钟振荡电路的增高值进行相应额放大。放大器、输出端分别为XTALl、XTAL2。将相应的定时元件分别接在在XTALl、XTAL2的引脚上，存在于内部中的振荡电路随即可以产生相应的自激振荡，因此，这个系统主要应用的是以内部的方式产生相应的时钟。

在键盘接口电路中，按键的连接方式主要分为矩阵式键盘、独立式按键两种。单片机AT89S51的温湿度控制仪普遍应用的是独立式非编码4×4键盘。这种键盘其按键均是单独应用一条数据输入线的。当其中一个按键处于闭合状态时，其相应的I/O线也会自动向低电平转变。由此可见，可通过对键盘上电平显示的高低来对按键是否被按的情况进行有效检测，并可将相应的数值进行读取，键盘的输入就相当于系统中温度及湿度的控制或报警阀值。

2.2 LED显示接口电路及继电器接口电路

在单片机AT89S51的温湿度控制仪中，显示子程序的数值显示应用的是动态扫描法。在继电器接口电路中，当实际温湿度低于或者高于所设定的相应数值时，需要应用继电器来对其进行有效的控制。

3 温湿度控制仪器件选型

3.1 系统微控制器的选用

AT89S51是产于美国的CMOS八位单片机，该种单片机具有高性能、低功耗的特点。在单片机中含有Flash只读程序存储器，该种存储器可进行系统编辑[3]。单片机中的相应器件均使用密度高、易失性低的存储技术进行生产，8051标准指令系统和引脚均可在系统中具有良好的兼容性。AT89S51单片机具有强大动能。其功能主要表现在以下几个方面：①晶片内设有时钟振荡器，其工作频率可高达12MI-Iz；②其控制能力相当于八位单芯片；③具有128B的内部数据存储器；④具有4KB的内部程式存储器；⑤具有两组16位的定时器，定时器均具有独立性；⑥系统中双向输入输出线的条数为32条，每条输入输出线均可独立进行I/O控制；⑦单芯片可提供相应的位逻辑运算指令。除了上述这些功能外，AT系列单片机还具有广泛的应用范围。在各领域的应用中均会应用到上述功能。

3.2 数据检测模块相关部件的选用

基于单片机AT89S51的温湿度控制仪在温湿度数据检测模块器件为SHTl1型智能化温湿度传感器。该种温湿度传感器对湿度的测量具有较高准确性，且可同时对温度和露点进行有效测量。相对湿度的测量在0%～100%的范围内，精度高度4%～2%RH，分辨率高达0.03%RH。所测量相应温度为—40～+123.8 ℃的范围时，其分辨率为0.01 ℃，对露点进行测量时的精度<±1 ℃。对温度、湿度进行测量时，A/D转换器所显示数值分别为14位、12位。通过应用降低分辨率的手段，可有效实现将芯片功耗减小。应用实践证明，SHTll产品具有抗干扰能力强、响应速度快、无需外部元件、适配范围广等诸多特点。因此，其可广泛应用于温湿度控制系统及要求苛刻的精密制造环境中。在SHTll产品的芯片中，包含有温湿度传感器、放大器、转换器、存储器、寄存器等多种部件，具有较强的实用性，且运作效率高。

4 温湿控制系统的软件设计

系统软件设计主要包含主程序、键盘设置、温湿度处理部件、继电器控制、数码管显示等几大部分。系统设计的整体思路为系统中的主程序主要运行温湿测量、温湿度处理、键盘查询、控制继电器等操作。当定时器的显示数值为0时，对运作现场进行有效保护，同时实施相应的数码管动态扫描，并实现对现场进行恢复，将中断进行有效返回，主程序继续保持正常的运行状态[4]。

5 结语

进行较长时间的试验及测试工作后，基于单片机AT89S51的温湿度控制仪对温度、湿度的控制具有越来越高的精确性。目前，应用该种仪器，可将温度误差控制在±0.1 ℃的范围内。同时，基于单片机AT89S51的温湿度控制仪子在运作过程中无需应用到上位机的控制信号，其具有成本低廉、简单实用、低耗能、高效率等诸多优点，大大提高了温湿度控制的效果。

参考文献

[1] 王兴宇，袁伟青.基于AT89S51单片机控制的新型温室温度采集监测系统[J].农机化研究，2012，9（26）：506-507.

[2] 易顺明，赵海兰，袁然.基于单片机的大棚温湿度控制系统设计[J].现代电子技术，2012，4（33）：418-419.

[3] 关燕君.基于单片机的高精度信号采集系统的设计[J].吉林化工学院学报，2011，3（3）：538-539.

[4] 满红，邹存名，冀勇钢.基于单片机的仓库温湿度智能控制系统设计[J].现代电子技术，2013，1（12）：105-106.

变频器电路控制分析论文范文第6篇

摘要：通过对变频调速发展现状以及邯郸矿业集团云驾岭工况情况的研究，结合高压变频器的基本原理，以及变频器容量的计算和选择方法，选用了北京合康亿盛变频设备有限公司生产的HIVERT-YK 06/096高压变频器作为变频设备，进行了技术经济分析，节能效果明显。

关键词：变频调速 通风机 高压变频器

1 概述

1.1 研究背景 据相关数据显示，我国水泵和风机在用电方面的状况相对落后：由于科技更新滞后，大量设备过于陈旧，导致风机和水泵耗电量巨大，其工作效率与国外同种类型的产品低5%至10%左右。在设备的配备和设计中，过度注重工艺在建设过程中的作用，由于存在差异导致设备的遴选类型数量大，造成设备大量以较低效率和较小的负荷运作。风机和水泵在流量调节方面多采用挡板和阀门，对风量和水量的流量进行调整，消耗了大量的节流功率，与这种传统的节流设施相比较，采用转速调节，既可以较少功率的耗损，通过降低风机和水泵的转速，将相应的流量按一定比例减小；在对压力的调节幅度较大，并以二次方的比率减小；因而促使轴功率下降的幅度更大，并成立方的比率减小。

1.2 选题的依据和方案的确立 矿用主扇通风机的闸门调节缺乏灵活性，主要依靠人为来改变阻力和角度，增大对风的阻力，但过度调节会导致性能的下降；与前导器和尾翼调节相比，后者可调节的幅度和效率较高；通过控制风叶角度和数目，来调整风机的功效，从而达到风机的特殊功能方面的要求，促使风机运作效率实现最大化，同时能够起到节能环保的作用。通过调整通风机的转速，实现节能的目的，同时促使其在合理的工况时间工作，实现电机的高效运作。

云驾岭矿在西风井设置了两台轴流通风机，其中一台为备用。该矿的风机主要采用调整导叶和变档板角度，依靠工频实现风量的调整，通风效率和能力较差，导致能源的损耗和浪费，提高了生产的成本。而主扇风机在设计方面存在余量过大的问题，导致主扇风机长期处于低负荷工作状态，从而使能源的损耗更为严重。

电网的负载容量有一定的限制，主扇若采用电抗器启动工作，只能逐级启动，一级运行正常之后开启另一级风机，因此需要耗费大量时间进行启动，而该准备工作却消耗了大量的电能，同时还造成电动机的损伤，时刻处于被烧毁的情形。在启动过程中，高压电动机单轴转矩的产生，导致机身发生巨大的振动，损毁电动机和机械配置，缩短其使用寿命。

综上所述，为保证井下作业的安全和生产质量，减少成本和延长风机使用寿命，提高生产效益，将变频调速技术运用到西风井风机当中，是最优选择。

2 高压变频器的选择

2.1 变频器的容量计算与选择 当通过变频器来调节异步电动机速度时，需要先选择异步电动机，接着以已选择异步电动机的额定电流或者实际运行的最大电流来选择变频器。异步电动机运行状况存在差异时，变频器的方法和其容量的算法也将不同，变频器需要符合不同的条件。变频器容量选择时，需要特别关注其额定电流，应该根据变频器最大工作电流来计算和选择其容量。

云驾岭矿变频器与电动机采用一拖一控制方式，电动机续恒载运转类型。即单台变频器为单台电动机连续运行方式。

由于变频器传给电动机的是脉冲电流，其脉动值比工频供电时电流要大。

因此须将变频器的容量留有适当的余量。此时，变频器应同时满足以下三个条件：

式中：PM、η、cosφ、UM、IM分别为电动机输出功率、效率（取0.85）、功率因数（取0.87）、电压（V）、电流（A）。根据GAF22.4-15-1型轴流式通风机性能指标可知：

PM=710kW，UM=6kV，IM=85.1A；

K——电流波形的修正系数（PWM方式取1.05～1.1）；

PCN——变频器的额定容量（kVA）；

ICN——变频器的额定电流（A）。

综上可知： 。

可以计算出变频器的容量为：

其中：U——变频器输入电压，U=6kV；

I——变频器额定电流，I=96A；

因为S=998kVA>987kVA，满足变频器的容量要求。

I=96A>89A，满足变频器的额定电流的要求。

2.2 高压变频器的调速原理

2.2.1 系统结构 高压变频器采用交-直-交直接高压（高-高）方式，主电路开关元件为IGBT。由于IGBT耐压所限，无法直接逆变输出6kV，而因开关频率高、均压难度大等技术难题无法完成直接串联。HIVERT变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性。它对电网谐波污染小，输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置；输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机。

2.2.2 功率单元 功率单元原理，输入电源端R、S、T接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流环节电容充电，电容上的电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。

3 HIVERT高压变频器的性能特点

①高压变频器的变换形式为“高—高”，是一种单元串联多电平变频器，其主板由多个并联功率模块构成。②HIVERT变频器的控制模式包括人机界面控制和LED键盘控制，两者相互备用，都能够独立的完成开停机、增减负荷等工作。同时变频装置故障记录需要保存一年以上。③变频器拥有标准RS-485和触摸屏处理器扩展通讯接口两种通讯模式。④变频系统在20～100%调速范围的输入功率因数大约在0.95，无需安装功率因数补偿装置。⑤变频装置可以设置任意长度的输出电缆，共模电压和dv/dt应力不会影响变频装置保护电机。⑥变频器输出电流谐波值小于或等于2%，满足我国供电部门最严格的电压失真规定及IEEE 519 192，超过国标GB14549-93的谐波失真规定。变频器的输出波形将不再影响电机运行，转矩脉动低于0.1%。同时变频器还能够避免共振现象出现。⑦变频器输入电流谐波小于或等于4%，满足我国供电部门最严格的电压失真规定及IEEE 519 192，远远超过国标GB14549-93的电压失真规定。⑧变频器可以适应较宽范围的电网电压波动，一般情况下电网上下波动110%，变频器仍然保持满载输出，电网电压下降30%时，变频器将降额运行，此特征与煤矿电压波动现象严重的现状相符合。⑨变频器具备过电流、过电压、欠电压、短路保护、失速保护、变频器和电机过载保护、缺项保护、突然停电保护和半导体元件过热保护等等，一旦出现上述现象，变频装置将自动跳到输入侧6kV开关，其保护装置完全符合国家相关标准。同时，装置还具备断电、停机和故障预警功能。⑩变频器还可以进行故障自诊断，通过中文提示信息告知故障位置和故障类型，还可以进行远方报警，有利于操作者和维修人员快速发现和解决故障。变频装置具备环境温度监控装置，一旦环境温度高于最高允许值，将自动发出报警。■变频器身处振动、射频干扰和电子噪音环境，仍然可以持续工作，电磁兼容性良好，符合国家标准。

4 技术经济分析

①节电效果显著，改造后每月可节电6.67万度，年节电80万度。②实现电机软启动，减小启动冲击，延长设备使用寿命。③系统安全、可靠，具有变频故障转工频功能，确保风机连续运行。④提高了风机运行的安全可靠性，减少了事故发生率。⑤大大减少了设备维护、维修费用，直接和间接效益十分明显。⑥大幅度降低风机噪音和振动，改善职工工作环境。⑦实现无人值守，降低了工人劳动强度。

5 结论

邯郸矿业集团云驾岭煤矿主扇风机成功应用高压变频器对矿用通风机进行变频调速改造。实际应用表明，高压变频器的应用于煤矿主扇风机的系统改造，取得良好的运行效果和经济效益。推广使用变频器在煤矿行业进行改造，节约能源的效果将是非常可观的，适应了国家建设节约型社会的潮流。

参考文献：

[1]张军.矿井主通风机突发及常见故障的分析与预防[J].价值工程，2013-10-18.

[2]宋祥生.清镇煤矿主通风机性能测定及分析[J].价值工程，2012-06-28.

[3]唐惠龙.变频调速技术的应用[J].价值工程，2012（29）.

作者简介：徐娟娟（1983-），女，河北武安人，机电助理工程师，冀中能源邯矿集团精益检测检验公司技术员。