摘要 ：本文介紹了作者的一項(xiàng)專利技術(shù)。對(duì)于需要比較快速、比較頻繁地調(diào)整變頻器頻率應(yīng)用場(chǎng)合，目前的通用變頻器就很難滿足這個(gè)需要，尤其是在大慣性負(fù)載上使用變頻器時(shí)，須將升、降頻（特別是降頻）速度設(shè)置的比較慢，以適應(yīng)由于慣性造成的電機(jī)轉(zhuǎn)速的滯后。本專利技術(shù)克服上述傳統(tǒng)變頻器目前存在的缺陷，在傳統(tǒng)變頻器上增加比較簡(jiǎn)單并業(yè)已成熟的換相技術(shù)，為變頻器的制造提供了一種新的附加技術(shù)。 英文摘要 ：The article introduces a patent technology. In situations where inverter frequency needs to be quickly and frequently tuned, main-stream general purpose inverters are hard to meet the requirement. Especially situation with big inertia load, speed of increasing or decreasing must be configured slow to meet the delay of motor speed resulted from inertia。The patent technology comes over the above defects with the simple but mature phase changing technology and becomes a new additional technology for inverter manufacturing. 關(guān)鍵詞： 變頻器　大慣性負(fù)載　相序切換 1、引言 　　 目前，變頻器已經(jīng)大量應(yīng)用在需要調(diào)整工況和節(jié)能的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，為方便地調(diào)整電機(jī)工況和節(jié)約電能，變頻器起了很大的作用。在能源日益緊缺，不得不提出建立節(jié)能型社會(huì)的今天和明天，變頻器將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。 　　 如果用戶在對(duì)變頻器的使用時(shí)需要比較快速、比較頻繁地調(diào)整頻率，傳統(tǒng)的變頻器就很難滿足其需要，特別是在慣性大的負(fù)載上使用變頻器時(shí)，必須將升、降頻（特別是降頻）速度設(shè)置的比較慢，以適應(yīng)由于慣性造成的電機(jī)轉(zhuǎn)速的滯后。因?yàn)殡姍C(jī)及其負(fù)載由于慣性的原因，其轉(zhuǎn)速與變頻器輸出的頻率的同步需要一段時(shí)間，特別是用于慣性大的負(fù)載時(shí)，這個(gè)時(shí)間就比較長(zhǎng)。如果頻率調(diào)整的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)將處于四象限運(yùn)行的發(fā)電狀態(tài)，業(yè)內(nèi)同仁都知道，這個(gè)發(fā)電狀態(tài)對(duì)于變頻器是很危險(xiǎn)的。傳統(tǒng)變頻器對(duì)于這個(gè)問題的解決辦法是設(shè)置泄放保護(hù)電路，但即便是在變頻器上設(shè)置了泄放保護(hù)電路，也僅僅是保護(hù)了變頻器不會(huì)因此而發(fā)生故障，并沒有真正解決電機(jī)及其負(fù)載的慣性問題，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的變頻器只是輸出電能的頻率和電壓的調(diào)整裝置，對(duì)于電機(jī)的慣性并沒有制約。正是由于傳統(tǒng)的變頻器沒有設(shè)置對(duì)電機(jī)慣性的制約功能，就使其在某些有特殊需要的場(chǎng)合不能方便、安全和可靠的使用，事實(shí)上也限制了變頻器的應(yīng)用范圍。 　　 用機(jī)械的方法顯然不能對(duì)被控電機(jī)實(shí)施有效地同步制動(dòng);而采用傳統(tǒng)的電制動(dòng)手段雖然可以在操作上與變頻器的調(diào)頻同時(shí)進(jìn)行，但是由于傳統(tǒng)的電制動(dòng)大都是以剎車為目的的，要想將被控電機(jī)的轉(zhuǎn)速與調(diào)頻過程同步也是非常困難的。這就是使用變頻器調(diào)整被控異步電機(jī)轉(zhuǎn)速，不如直流電機(jī)的調(diào)速效果那么好的主要原因。 　　 本文作者以獨(dú)特的思維方式找到了一種能夠較好地控制被控電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使其能夠與變頻器輸出電能的頻率盡快同步的電制動(dòng)方法，用這個(gè)制動(dòng)方法協(xié)助變頻器調(diào)整被控電機(jī)轉(zhuǎn)速，可以最大限度的適應(yīng)電機(jī)及其負(fù)載的慣性，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速在盡量短的時(shí)間內(nèi)與變頻器輸出電能的頻率同步，不僅對(duì)變頻器起到了保護(hù)的作用，還使變頻器能夠適應(yīng)必較快速、比較頻繁地調(diào)整頻率和慣性大的負(fù)載的使用，進(jìn)一步拓展了高、低壓變頻器的應(yīng)用范圍。如果將這個(gè)制動(dòng)方法中的電機(jī)轉(zhuǎn)速制動(dòng)裝置單獨(dú)使用，還可以作為電機(jī)的軟起動(dòng)器和在需要頻繁調(diào)整頻率、需要精確制動(dòng)甚至有反向運(yùn)行要求的領(lǐng)域作為電機(jī)的調(diào)速裝置。用這個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速制動(dòng)裝置作為電機(jī)的調(diào)速裝置使用時(shí)，其調(diào)速效果可以與直流電機(jī)的調(diào)速效果相媲美。 2、提高變頻器調(diào)頻速度動(dòng)態(tài)響應(yīng)的原理 　　 本項(xiàng)目的研究是為了克服上述傳統(tǒng)變頻器目前存在的缺陷，在傳統(tǒng)變頻器上增加比較簡(jiǎn)單并業(yè)已成熟的換相技術(shù)，為變頻器的制造提供了一種新的附加技術(shù)。 　　 本項(xiàng)研究根據(jù)的是三相交流電可以組成多種相序，并且其相位互有差距的原理。三相交流電可以組成多種相序，其相位互有差距的原理為:三相交流電分別為A相、B相、C相。三相交流電按不同順序排列，產(chǎn)生三種正序排列:A、B、C;C、A、B;B、C、A和三種逆序排列:A、C、B;B、A、C;C、B、A。其中正序的三種排列電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相同，在相位上互有差距，對(duì)于對(duì)稱的三相交流電來(lái)說(shuō)，這三種正序的排列在相位上互差120°;逆序的三種排列同正序的三種排列一樣，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相同（只是與正序的三種排列時(shí)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相反而已），在相位上互差120°。 　　 如果把被控三相異步電機(jī)定子的三根進(jìn)線的順序固定，并使它們按一定的規(guī)律和周期順序的在三種正序排列方式（或在正序與逆序的排列）中切換，由于三種正序排列在相位上互差120°，每次切換后就使定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)滯后120°（在正序與逆序的排列中切換，則是反向），此時(shí)就會(huì)形成轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)拉定子磁場(chǎng)的發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，即回饋制動(dòng)狀態(tài)，如果使它們按一定的頻率進(jìn)行這種切換，電機(jī)將工作在電動(dòng)與回饋制動(dòng)交替的狀態(tài):在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)差率S＞0，在回饋制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)差率S＜0。回饋制動(dòng)狀態(tài)實(shí)際上就是“剎車”，這樣一來(lái)就造成了轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中經(jīng)常被“剎車”，轉(zhuǎn)速自然也就隨之慢下來(lái)了，切換相序的頻率越高，在單位時(shí)間內(nèi)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)滯后（“剎車”）的次數(shù)就越多，于是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速就越低;反之，切換相序的頻率越低，在單位時(shí)間內(nèi)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)滯后（“剎車”）的次數(shù)就越少，于是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速就越高，當(dāng)切換相序的頻率為“0”，即不進(jìn)行切換時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速最高，為該電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。當(dāng)然如果把三相異步電機(jī)定子的三根進(jìn)線的順序固定，并使它們按一定的規(guī)律和周期順序的在三種逆序排列方式中切換，也同樣能夠使定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的滯后，從而使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，只是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向相反而已。 用電機(jī)轉(zhuǎn)速制動(dòng)裝置可快速調(diào)整變頻器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制的具體工作原理是:在傳統(tǒng)的變頻器上安裝切換同步電路（包括目標(biāo)頻率檢索電路和指令選擇電路）、切換控制器（包括指令存儲(chǔ)器和指令發(fā)出電路）、切換控制電路和切換開關(guān)。當(dāng)變頻器不進(jìn)行頻率調(diào)整或調(diào)頻結(jié)束（即運(yùn)行當(dāng)前頻率已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)頻率）時(shí)，指令選擇電路得不到目標(biāo)頻率檢索電路的指令（或得到不進(jìn)行相序切換的指令），指令發(fā)出電路不發(fā)出切換指令，通過切換控制電路輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)使電動(dòng)機(jī)根據(jù)此時(shí)變頻器輸出的電能的頻率正常勻速運(yùn)行。當(dāng)變頻器發(fā)出頻率調(diào)整指令（即目標(biāo)頻率與當(dāng)前運(yùn)行頻率不同）時(shí)，目標(biāo)頻率檢索電路檢索到新的目標(biāo)頻率指令（如配置了當(dāng)前運(yùn)行頻率與目標(biāo)頻率的差距的檢索功能，還將檢索到當(dāng)前頻率與新的目標(biāo)頻率的差距），立即向指令選擇電路發(fā)出相應(yīng)的選擇指令，指令選擇電路在指令存儲(chǔ)器中選出相應(yīng)的切換指令，并通過指令發(fā)出電路向切換控制電路發(fā)出相應(yīng)的相序切換頻率的指令，在整個(gè)頻率調(diào)整過程中（即當(dāng)前運(yùn)行頻率沒有達(dá)到目標(biāo)頻率之前），相序切換一直按一定的頻率進(jìn)行，直到頻率調(diào)整過程結(jié)束（即當(dāng)前運(yùn)行頻率與目標(biāo)頻率一致）時(shí)，相序切換停止。這樣，在相序切換功能的協(xié)助下，通過定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位變化對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)施制動(dòng)，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠較快的與變頻器輸出的電能的頻率相吻合，實(shí)現(xiàn)了快速調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。在這里必須指出的是:本文所舉的例子是把變頻器在頻率調(diào)整過程中的當(dāng)前運(yùn)行頻率和目標(biāo)頻率當(dāng)作信息源的，在制造和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，還最好配以在頻率調(diào)整過程中電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)，以便盡量準(zhǔn)確的確定相序切換頻率與頻率調(diào)整過程的對(duì)應(yīng)關(guān)系;當(dāng)然，如果設(shè)計(jì)時(shí)增加對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行矢量檢測(cè)，并以此作為輔助信息源參與相序切換頻率與頻率調(diào)整，效果會(huì)更好，只是會(huì)增加一定的制造成本。 　　 如果將所述的電機(jī)轉(zhuǎn)速制動(dòng)裝置單獨(dú)使用，即將其中的指令選擇電路、切換控制器（包括指令存儲(chǔ)器和指令發(fā)出電路）、切換控制電路、切換開關(guān)等配置上操作器及界面制造成獨(dú)立的控制裝置，并在指令存儲(chǔ)器中預(yù)存相應(yīng)的指令，就可以作為電機(jī)的軟起動(dòng)器，還可以作為在調(diào)整頻率頻繁、需要精確制動(dòng)和有反向運(yùn)行要求的場(chǎng)合使用的電機(jī)調(diào)速裝置。 　　 但是由于目前還沒有能夠承受高電壓（6kV、10kV）可以直接單獨(dú)在高壓環(huán)境使用的半導(dǎo)體開關(guān)器件，所以在用相序切換的功能協(xié)助高壓電機(jī)調(diào)速時(shí)，必須采用如下的方法: （1） 將多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件，在并聯(lián)同步保護(hù)電路的協(xié)助下串聯(lián)使用，使其達(dá)到能夠承受高電壓的能力,實(shí)現(xiàn)相序切換; （2） 在高壓變頻器的頻率程序中增設(shè)相序切換功能，在波形發(fā)生環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)相序切換,這樣只需在原來(lái)的控制程序的基礎(chǔ)上,增加相應(yīng)的相序切換程序即可實(shí)現(xiàn)，無(wú)需硬件的增加和改造，這是比較安全可靠的方法; （3） 一旦有了能夠承受高電壓（6kV、10kV）可以直接單獨(dú)在高壓環(huán)境使用的半導(dǎo)體開關(guān)器件，就直接采用半導(dǎo)體開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)相序切換。 　　 由于電機(jī)在制動(dòng)時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生能量，所以還應(yīng)該設(shè)置能量吸收泄放電路，以對(duì)變頻器在頻率調(diào)整程序中實(shí)施保護(hù)。當(dāng)然，如果設(shè)置了能量回饋電路將電機(jī)在制動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的能量回饋到前級(jí)電路再加以利用就更好了，這樣又進(jìn)一步提高了節(jié)能的效果。 3、結(jié)束語(yǔ) 　　 本文介紹的這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)了專利，它只在傳統(tǒng)變頻器上增加比較簡(jiǎn)單并業(yè)已成熟的換相技術(shù)，就可克服傳統(tǒng)變頻器存在的缺陷，為變頻器的制造提供了一種新的附加技術(shù)，同時(shí)也可擴(kuò)大變頻器的應(yīng)用范圍。