四象限高壓變頻器的大功率負(fù)載應(yīng)用研究.pdf

1、當(dāng)今時(shí)代，工業(yè)的發(fā)展日新月異，各種先進(jìn)技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，隨之而產(chǎn)生的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)也進(jìn)入高速發(fā)展的時(shí)期。其中，變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展尤為突出，隨著四象限高壓變頻器的問(wèn)世以及其在各種大功率負(fù)載上的應(yīng)用，使得變頻調(diào)速領(lǐng)域有了更進(jìn)一步的發(fā)展。四象限變頻器能更好地實(shí)現(xiàn)能量的有效利用，中國(guó)的節(jié)能環(huán)保時(shí)代已然來(lái)臨了。
　　近三十年來(lái)，變頻調(diào)速領(lǐng)域一般選用傳統(tǒng)的交流變頻器來(lái)進(jìn)行交流調(diào)速，這種調(diào)速方式在很多方便具有顯著優(yōu)勢(shì)：其性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單

2、，并且啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大調(diào)速范圍廣泛，在調(diào)速的精度、調(diào)節(jié)的速度以及節(jié)約能量等方面都有著很好的效果。由于變頻調(diào)速技術(shù)在當(dāng)今工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，變頻技術(shù)的發(fā)展就顯得更為迫切了。在變頻技術(shù)還不夠成熟的時(shí)期，傳統(tǒng)的變頻器一般都是選用二極管來(lái)構(gòu)成整流橋，實(shí)現(xiàn)交流電流到直流電的轉(zhuǎn)換，最后，又將直流電流通過(guò)逆變技術(shù)轉(zhuǎn)換成交流電流來(lái)帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)交流電到直流電再到交電流的轉(zhuǎn)換過(guò)程。但是，由于這種傳統(tǒng)變頻器的三相不控整流電路是采用二極管做成的，其只能將電能從

3、電網(wǎng)側(cè)輸送到電機(jī)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而無(wú)法將機(jī)械能轉(zhuǎn)化而成的電能轉(zhuǎn)送到電源上，所以其無(wú)法實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，因此這種變頻器只能工作在電動(dòng)狀態(tài)，其被稱為兩象限變頻器。在某些電動(dòng)機(jī)能量需要回饋的系統(tǒng)上，例如礦山提升機(jī)、電梯、離心機(jī)等大功率負(fù)載運(yùn)行場(chǎng)合，傳統(tǒng)兩象限變頻器中的二極管整流橋還將會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波污染。近年來(lái)，由于新的絕緣柵雙極型晶體管——IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)的產(chǎn)生和脈

4、寬調(diào)制技術(shù)——PWM（Pulse Width Modulation）的發(fā)展，產(chǎn)生了新型的高壓變頻器—四象限高壓變頻器。與傳統(tǒng)兩象限變頻器不同的是，四象限變頻器采用新的絕緣柵雙極型晶體管——IGBT來(lái)做整流橋，由于IGBT功率模塊能夠利用高速運(yùn)算能力的DSP產(chǎn)生PWM控制脈沖，所以，我們?cè)谑褂盟南笙薷邏鹤冾l器的過(guò)程中既能夠調(diào)整輸入的功率因數(shù)，減小二極管整流橋?qū)﹄娋W(wǎng)的諧波污染，又能夠?qū)㈦妱?dòng)機(jī)在反動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的能量回饋至到電網(wǎng)，從而真正實(shí)現(xiàn)了

5、能量的雙向流動(dòng)。
　　本次研究圍繞四象限高壓變頻器在大功率負(fù)載工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行展開，主要抓住四象限高壓變頻器在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)進(jìn)行分析，首先對(duì)四象限變頻器的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，闡述了電機(jī)在四個(gè)象限的運(yùn)行狀態(tài)以及機(jī)械能和電能之間的能量轉(zhuǎn)換和流動(dòng)方向,其中詳細(xì)介紹了四象限變頻器與傳統(tǒng)兩象限變頻器相比，其在變頻技術(shù)上的突破以及其在工業(yè)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。另外，結(jié)合電機(jī)在四個(gè)象限中的運(yùn)行狀態(tài)分析變頻器在驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行四象限運(yùn)行的過(guò)

6、程中，整個(gè)系統(tǒng)中能量的流動(dòng)方向。其次，主要闡述四象限變頻器在煤礦斜井提升系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)大功率負(fù)載電機(jī)工作過(guò)程中遇到的工程技術(shù)問(wèn)題：在煤礦斜井提升系統(tǒng)中，電機(jī)的調(diào)速控制一般選用繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的方法進(jìn)行，這樣，在提升機(jī)進(jìn)行煤礦提升的過(guò)程中：提升機(jī)下降過(guò)程中，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能，電動(dòng)機(jī)工作在第四象限處于反向發(fā)電的工作狀態(tài)，此時(shí)轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在了電阻上，造成了能源的大量浪費(fèi)；另外，在變頻調(diào)速的過(guò)程中，交流接觸器需要頻繁的進(jìn)行切換

7、，長(zhǎng)時(shí)間的工作之后，其主觸頭比較容易熔化，設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)故障。為了解決以上問(wèn)題，本次試驗(yàn)結(jié)合四象限高壓變頻器在具有位勢(shì)負(fù)載特性場(chǎng)合的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，研究采用新的方法來(lái)減小轉(zhuǎn)差功率消耗的能量。所以，本次研究在應(yīng)用四象限變頻器的基礎(chǔ)上新增加了一套電力調(diào)速控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)不需要串電阻進(jìn)行調(diào)試，避免能量的浪費(fèi)。同時(shí)，為了確保當(dāng)該調(diào)速控制系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)候能夠快速的切換到原有的系統(tǒng)運(yùn)行，所以本次試驗(yàn)還是保留了原有的電控系統(tǒng)以及串電阻的調(diào)試方式。