时间：2023-01-10 11:52:47
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论文摘要：在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车）减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机可能处于再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时，这部分能量就可能对变频器带来损坏。
一、引言
在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车）减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机可能处于再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时，这部分能量就可能对变频器带来损坏，所以这部分能量我们就应该考虑考虑了。
在通用变频器中，对再生能量最常用的处理方式有两种：(1)、耗散到直流回路中人为设置的与电容器并联的“制动电阻”中，称之为动力制动状态；(2)、使之回馈到电网，则称之为回馈制动状态（又称再生制动状态）。还有一种制动方式，即直流制动，可以用于要求准确停车的情况或起动前制动电机由于外界因素引起的不规则旋转。
在书籍、刊物上有许多专家谈论过有关变频器制动方面的设计与应用，尤其是近些时间有过许多关于“能量回馈制动”方面的文章。今天，笔者提供一种新型的制动方法，它具有“回馈制动”的四象限运转、运行效率高等优点，也具有“能耗制动”对电网无污染、可靠性高等好处。
二、能耗制动
利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能的方式称为能耗制动。
其优点是构造简单；对电网无污染（与回馈制动作比较），成本低廉；缺点是运行效率低，特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量且制动电阻的容量将增大。
一般在通用变频器中，小功率变频器（22kW以下）内置有了刹车单元，只需外加刹车电阻。大功率变频器（22kW以上）就需外置刹车单元、刹车电阻了。
三、回馈制动
实现能量回馈制动就要求电压同频同相控制、回馈电流控制等条件。它是采用有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。回馈制动的优点是能四象限运行,如图3所示，电能回馈提高了系统的效率。其缺点是：(1)、只有在不易发生故障的稳定电网电压下（电网电压波动不大于10%），才可以采用这种回馈制动方式。因为在发电制动运行时，电网电压故障时间大于2ms，则可能发生换相失败，损坏器件。(2)、在回馈时，对电网有谐波污染。(3)、控制复杂，成本较高。
四、新型制动方式（电容反馈制动）
1、主回路原理
整流部分采用普通的不可控整流桥进行整流，滤波回路采用通用的电解电容，延时回路采用接触器或可控硅都行。充电、反馈回路由功率模块IGBT、充电、反馈电抗器L及大电解电容C（容量约零点几法，可根据变频器所在的工况系统决定）组成。逆变部分由功率模块IGBT组成。保护回路，由IGBT、功率电阻组成。
(1)电动机发电运行状态
CPU对输入的交流电压和直流回路电压νd的实时监控，决定向VT1是否发出充电信号，一旦νd比输入交流电压所对应的直流电压值（如380VAC—530VDC）高到一定值时，CPU关断VT3，通过对VT1的脉冲导通实现对电解电容C的充电过程。此时的电抗器L与电解电容C分压，从而确保电解电容C工作在安全范围内。当电解电容C上的电压快到危险值（比如说370V），而系统仍处于发电状态，电能不断通过逆变部分回送到直流回路中时，安全回路发挥作用，实现能耗制动（电阻制动），控制VT3的关断与开通，从而实现电阻R消耗多余的能量，一般这种情况是不会出现的。
(2)电动机电动运行状态
当CPU发现系统不再充电时，则对VT3进行脉冲导通，使得在电抗器L上行成了一个瞬时左正右负的电压（如图标识），再加上电解电容C上的电压就能实现从电容到直流回路的能量反馈过程。CPU通过对电解电容C上的电压和直流回路的电压的检测，控制VT3的开关频率以及占空比,从而控制反馈电流，确保直流回路电压νd不出现过高。
2、系统难点
(1)电抗器的选取
（a）、我们考虑到工况的特殊性，假设系统出现某种故障，导致电机所载的位能负载自由加速下落，这时电机处于一种发电运行状态，再生能量通过六个续流二极管回送至直流回路，致使νd升高，很快使变频器处于充电状态，这时的电流会很大。所以所选取电抗器线径要大到能通过此时的电流。
（b）、在反馈回路中，为了使电解电容在下次充电前把尽可能多的电能释放出来，选取普通的铁芯（硅钢片）是不能达到目的的，最好选用铁氧体材料制成的铁芯，再看看上述考虑的电流值如此大，可见这个铁芯有多大，素不知市面上有无这么大的铁氧体铁芯，即使有，其价格也肯定不会很低。所以笔者建议充电、反馈回路各采用一个电抗器。
(2)控制上的难点
（a）、变频器的直流回路中，电压νd一般都高于500VDC，而电解电容C的耐压才400VDC，可见这种充电过程的控制就不像能量制动（电阻制动）的控制方式了。其在电抗器上所产生的瞬时电压降为，电解电容C的瞬时充电电压为νc=νd-νL，为了确保电解电容工作在安全范围内（≤400V），就得有效的控制电抗器上的电压降νL，而电压降νL又取决于电感量和电流的瞬时变化率。
（b）、在反馈过程中，还得防止电解电容C所放的电能通过电抗器造成直流回路电压过高，以致系统出现过压保护。
3、主要应用场合及应用实例
正是由于变频器的这种新型制动方式（电容反馈制动）所具有的优越性，近些来，不少用户结合其设备的特点，纷纷提出了要配备这种系统。由于技术上有一定的难度，国外还不知有无此制动方式？国内目前只有山东风光电子公司由以前采用回馈制动方式的变频器（仍有2台在正常运行中）改用了这种电容反馈制动方式的新型矿用提升机系列。
随着变频器应用领域的拓宽，这个应用技术将大有发展前途，具体来讲，主要用在矿井中的吊笼（载人或装料）、斜井矿车（单筒或双筒）、起重机械等行业。总之需要能量回馈装置的场合都可选用。
动的交流化、功率变换器的高频化、控制的数字化、智能化和网络化。因此，变频器作为系统的重要功率变换部件，因提供可控的高性能变压变频的交流电源而得到迅猛发展。
变频器的快速发展得益于电力电子技术、计算机技术和自动控制技术及电机控制理论的发展。变频器的发展水平是由电力电子技术、电机控制方式以及自动化控制水平三个方面决定的。当前竞争的焦点在于高压变频器的研究开发生产方面。
随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高，体积越来越小，而且厂家仍在不断地提高可靠性，为实现变频器的进一步小型轻量化、高性能化和多功能化以及无公害化而做着新的努力。辨别变频器性能的优劣，一要看其输出交流电压的谐波对电机的影响；二要看对电网的谐波污染和输入功率因数；最后还要看本身的能量损耗（即效率）。这里仅以量大面广的交—直—交变频器为例，阐述其发展趋势：主电路功率开关元件的自关断化、模块化、集成化、智能化；开关频率不断提高，开关损耗进一步降低。
在变频器主电路的拓扑结构方面。变频器的网侧变流器对低压小容量的装置常采用6脉冲变流器，而对中压大容量的装置采用多重化12脉冲以上的变流器。负载侧变流器对低压小容量装置常采用两电平的桥式逆变器，而对中压大容量的装置采用多电平逆变器。对于四象限运行的转动，为实现变频器再生能量向电网回馈和节省能量，网侧变流器应为可逆变流器，同时出现了功率可双向流动的双PWM变频器，对网侧变流器加以适当控制可使输入电流接近正弦波，减少对电网的公害。
脉宽调制变压变频器的控制方法可以采用正弦波脉宽调制控制、消除指定次数谐波的PWM控制、电流跟踪控制、电压空间矢量控制（磁链跟踪控制）。
交流电动机变频调整控制方法的进展主要体现在由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转矩控制发展和开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向。运动控制系统是快速系统，特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。
近几年来，国外各大公司纷纷推出以DSP（数字信号处理器）为基础的内核，配以电机控制所需的功能电路，集成在单一芯片内的称为DSP单片电机控制器，价格大大降低、体积缩小、结构紧凑、使用便捷、可靠性提高。
在DSP出现之前数字信号处理只能依靠MPU（微处理器）来完成。但MPU较低的处理速度无法满足高速实时的要求。随着大规模集成电路技术的发展，1982年世界上首枚DSP芯片诞生了。这种DSP器件采用微米工艺NMOS技术制作，虽功耗和尺寸稍大，但运算速度却比MPU快了几十倍，尤其在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。DSP芯片的问世标志着DSP应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步。随着CMOS技术的进步与发展，第二代基于CMOS工艺的DSP芯片应运而生，其存储容量和运算速度成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。80年代后期，第三代DSP芯片问世，运算速度进一步提高，其应用于范围逐步扩大到通信、计算机领域。
90年代DSP发展最快，相继出现了第四代和第五代DSP器件。现在的DSP属于第五代产品，它与第四代相比，系统集成度更高，将DSP芯核及组件综合集成在单一芯片上。这种集成度极高的DSP芯片不仅在通信、计算机领域大显身手，而且逐渐渗透到人们日常消费领域，前景十分可观。
DSP和普通的单片机相比，处理数字运算能力增强10—15倍，可确保系统有更优越的控制性能。数字控制使硬件简化，柔性的控制算法使控制具有很大的灵活性，可实现复杂控制规律，使现代控制理论在运动控制系统中应用成为现实，易于与上层系统连接进行数据传输，便于故障诊断、加强保护和监视功能，使系统智能化。
交流同步电动机已成为交流可调转动中的一颗新星，特别是永磁同步电动机，电机获得无刷结构，功率因数高，效率也高，转子转速严格与电源频率保持同步。同步电机变频调速系统有他控变频和自控变频两大类，自控变频同步电机在原理上和直流电机极为相似，用电力电子变流器取代了直流电机的机械换向器，如采用交—直—交变压变频器时叫做“直流无换向器电机”或称“无刷直流电动机”。传统的自控变频同步机调速系统有转子位置传感器，现正开发无转子位置传感器的系统。同步电机的他控变频方式也可采用矢量控制，其按转子磁场定向的矢量控制比异步电机简单。
关键词:变频器干扰抑制
Abstract:Theapplicationoftheinvertersintheindustrialproductionisbecomingmoreand
moreuniversal，anditsinterfaceisbeingpaidmuchattention.Thesourceandspreadingrouteinthe
applicationsystemoftheinverterareintroducedinthispaper，somepracticalresolventsareputforward，andtheconcretemeasuresinthesystemdesignandinstallmentareexpounded.
Keywords：InverterInterfaceRestrain
[中图分类号]TN973[文献标识码]B文章编号1561-0330(2003)06-00
1引言
变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信等技术于一体的高科技技术。它以很好的调速、节能性能，在各行各业中获得了广泛的应用。由于其采用软启动，可以减少设备和电机的机械冲击，延长设备和电机的使用寿命。随着科学技术的高速发展，变频器以其具有节电、节能、可靠、高效的特性应用到了工业控制的各个领域中，如变频调速在供水、空调设备、过程控制、电梯、机床等方面的应用，保证了调节精度，减轻了工人的劳动强度，提高了经济效益，但随之也带来了一些干扰问题。现场的供电和用电设备会对变频器产生影响，变频器运行时产生的高次谐波也会干扰周围设备的运行。变频器产生的干扰主要有三种：对电子设备的干扰、对通信设备的干扰及对无线电等产生的干扰。对计算机和自动控制装置等电子设备产生的干扰主要是感应干扰；对通信设备和无线电等产生的干扰为放射干扰。如果变频器的干扰问题解决不好，不但系统无法可靠运行，还会影响其他电子、电气设备的正常工作。因此有必要对变频器应用系统中的干扰问题进行探讨，以促进其进一步的推广应用。下面主要讨论变频器的干扰及其抑制方法。
2变频调速系统的主要电磁干扰源及途径
2.1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。
2.2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。具体为：①对周围的电子、电气设备产生电磁辐射；②对直接驱动的电动机产生电磁噪声，使得电动机铁耗和铜耗增加，并传导干扰到电源，通过配电网络传导给系统其他设备；③变频器对相邻的其他线路产生感应耦合，感应出干扰电压或电流。同样，系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。下面分别加以分析。
（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。
（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。
（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。
3抗电磁干扰的措施
据电磁性的基本原理，形成电磁干扰（EMI）须具备电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统等三个要素。为防止干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施。其中，硬件抗干扰是最基本和最重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制干扰，其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统对干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。
（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）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。
（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。
（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<100Ω，接地线长度在20m以内，并注意合理选择接地极的位置。当系统的抗干扰能力要求较高时，为减少对电源的干扰，在电源输入端可加装电源滤波器。为抑制变频器输入侧的谐波电流，改善功率因数，可在变频器输入端加装交流电抗器，选用与否可视电源变压器与变频器容量的匹配情况及电网允许的畸变程度而定，一般情况下采用为好。为改善变频器输出电流，减少电动机噪声，可在变频器输出端加装交流电抗器。图1为一般变频调速传动系统抗干扰所采取措施。
以上抗干扰措施可根据系统的抗干扰要求来合理选择使用。若系统中含控制单元如微机等，还须在软件上采取抗干扰措施。
（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。安装工艺要求如下：
①确保控制柜中的所有设备接地良好，应该使用短、粗的接地线（最好采用扁平导体或金属网，因其在高频时阻抗较低）连接到公共地线上。按国家标准规定，其接地电阻应小于4欧姆。另外与变频器相连的控制设备（如PLC或PID控制仪）要与其共地。
②安装布线时将电源线和控制电缆分开，例如使用独立的线槽等。如果控制电路连接线必须和电源电缆交叉，应成90°交叉布线。
③使用屏蔽导线或双绞线连接控制电路时，确保未屏蔽之处尽可能短，条件允许时应采用电缆套管。
④确保控制柜中的接触器有灭弧功能，交流接触器采用R-C抑制器，也可采用压敏电阻抑制器，如果接触器是通过变频器的继电器控制的，这一点特别重要。
⑤用屏蔽和铠装电缆作为电机接线时，要将屏蔽层双端接地。
⑥如果变频器运行在对噪声敏感的环境中，可以采用RFI滤波器减小来自变频器的传导和辐射干扰。为达到最优效果，滤波器与安装金属板之间应有良好的导电性。
4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。
5结束语
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
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[4]电磁兼容性术语（GB/T43651995）[S].北京：中国标准出版社，1996
论文摘要：目前我们日常所使用的一些带有或使用变频器驱动系统的设备都会产生大量的高次谐波，这种严重的电磁辐射是我们平时用肉眼看不到的隐形杀手，无论是对我们的身体健康，还是对精密仪器的使用，它都有严重的危害性，而且影响深远。
变频器是运动控制系统中的功率变换器。目前的运动控制系统包含多种学科的技术领域，总的发展趋势是驱
动的交流化、功率变换器的高频化、控制的数字化、智能化和网络化。因此，变频器作为系统的重要功率变换部件，因提供可控的高性能变压变频的交流电源而得到迅猛发展。
变频器的快速发展得益于电力电子技术、计算机技术和自动控制技术及电机控制理论的发展。变频器的发展水平是由电力电子技术、电机控制方式以及自动化控制水平三个方面决定的。当前竞争的焦点在于高压变频器的研究开发生产方面。
随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高，体积越来越小，而且厂家仍在不断地提高可靠性，为实现变频器的进一步小型轻量化、高性能化和多功能化以及无公害化而做着新的努力。辨别变频器性能的优劣，一要看其输出交流电压的谐波对电机的影响；二要看对电网的谐波污染和输入功率因数；最后还要看本身的能量损耗（即效率）。这里仅以量大面广的交—直—交变频器为例，阐述其发展趋势：主电路功率开关元件的自关断化、模块化、集成化、智能化；开关频率不断提高，开关损耗进一步降低。
在变频器主电路的拓扑结构方面。变频器的网侧变流器对低压小容量的装置常采用6脉冲变流器，而对中压大容量的装置采用多重化12脉冲以上的变流器。负载侧变流器对低压小容量装置常采用两电平的桥式逆变器，而对中压大容量的装置采用多电平逆变器。对于四象限运行的转动，为实现变频器再生能量向电网回馈和节省能量，网侧变流器应为可逆变流器，同时出现了功率可双向流动的双PWM变频器，对网侧变流器加以适当控制可使输入电流接近正弦波，减少对电网的公害。
脉宽调制变压变频器的控制方法可以采用正弦波脉宽调制控制、消除指定次数谐波的PWM控制、电流跟踪控制、电压空间矢量控制（磁链跟踪控制）。
交流电动机变频调整控制方法的进展主要体现在由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转矩控制发展和开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向。运动控制系统是快速系统，特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。
近几年来，国外各大公司纷纷推出以DSP（数字信号处理器）为基础的内核，配以电机控制所需的功能电路，集成在单一芯片内的称为DSP单片电机控制器，价格大大降低、体积缩小、结构紧凑、使用便捷、可靠性提高。
在DSP出现之前数字信号处理只能依靠MPU（微处理器）来完成。但MPU较低的处理速度无法满足高速实时的要求。随着大规模集成电路技术的发展，1982年世界上首枚DSP芯片诞生了。这种DSP器件采用微米工艺NMOS技术制作，虽功耗和尺寸稍大，但运算速度却比MPU快了几十倍，尤其在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。DSP芯片的问世标志着DSP应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步。随着CMOS技术的进步与发展，第二代基于CMOS工艺的DSP芯片应运而生，其存储容量和运算速度成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。80年代后期，第三代DSP芯片问世，运算速度进一步提高，其应用于范围逐步扩大到通信、计算机领域。
90年代DSP发展最快，相继出现了第四代和第五代DSP器件。现在的DSP属于第五代产品，它与第四代相比，系统集成度更高，将DSP芯核及组件综合集成在单一芯片上。这种集成度极高的DSP芯片不仅在通信、计算机领域大显身手，而且逐渐渗透到人们日常消费领域，前景十分可观。
【论文摘要】：文章对变频器常见干扰故障进行了分析总结，并提出了相应的解决对策。
1．引言
变频器作为一种高效节能的电机调速装置，因其较高的性能价格比，在工厂得到了越来越广泛的应用。众所周知，变频器是由整流电路、滤波电路、逆变电路组成。其中整流电路和逆变电路中均使用了半导体开关元件，在控制上则采用的是PWM控制方式，这就决定了变频器的输入、输出电压和电流除了基波之外，还含有许多的高次谐波成分。这些高次谐波成分将会引起电网电压波形的畸变，产生无线电干扰电波，它们对周边的设备、包括变频器的驱动对象--电动机带来不良的影响。同时由于变频器的使用，电网电源电压中会产生高次谐波的成分，电网电源内有晶闸管整流设备工作时，会引导电源波形产生畸形。另外，由于遭受雷击或电源变压器的开闭，电功率用电器的开闭等，产生的浪涌电压，也将使电源波形畸变，这种波形畸变的电网电源给变频器供电时，又将对变频器产生不良影响。文章对于上述现象进行了分析并提出了降低这些不良影响的措施。
2．外界对变频器的干扰
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。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的谐波干扰后若不加处理，电网噪声就会通过电网的电源电路干扰变频器。变频器的输入电路侧，是将交流电压变成直流电压。这就是常称为"电网污染"的整流电路。由于这个直流电压是在被滤波电容平滑之后输出给后续电路的，电源供给变频器的实际上是滤波电容的充电电流，这就使输入电压波形产生畸变。
（1）电网中存在各种整流设备、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大量谐波源
电源网络内有这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变，从而对电网中其它设备产生危害的干扰。例如：当供电网络内有较大容量的晶闸管换流设备时，因晶闸管总是在每相半周期内的部分时间内导通，故容易使网络电压出现凹口，波形严重失真。它使变频器输入侧的整流电路有可能因出现较大的反向回复电压而受到损害，从而导致输入回路击穿而烧毁。
（2）电力补偿电容对变频器的干扰
电力部门对用电单位的功率因数有一定的要求，为此，许多用户都在变电所采用集中电容补偿的方法来提高功率因数。在补偿电容投入或切出的暂态过程中，网络电压有可能出现很高的峰值，其结果是可能使变频器的整流二极管因承受过高的反向电压而击穿。
（3）电源辐射传播的干扰信号
电磁干扰(EMI)，是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[2]即以电磁波方式向空中幅射，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。
对于（1）、（2）两项产生的干扰抑制可以在变频器输入电路中，串入交流电抗器，它对于基波频率下的阻抗是微不足道的。但对于频率较高的高频干扰信号来说，呈现很高的阻抗，能有效地抑制干扰的作用。对于（3）项的干扰信号主要通过吸收方式来削弱。变频器电源输入端，通常都加有吸收电容。也可以再加上专用的"无线电干扰滤器"，来进一步削弱干扰信号。
3．变频器对周边设备的干扰及对策
上面已经讲过变频器能使输入电源电压产生高次谐波。同时，变频器的输出电压和电流除了基波之外，还含有许多高次谐波的成分，它们将以各种方式把自己的能量传播出去，这些高次谐波对周围设备带来不良的影响。其中，供电电源的畸变，使处于同一供电电源的其他设备出现误动作，过热、噪声和振动；产生的无线干扰电波给变频器周围的电视机、收音机、手机等无线电接收装置带来干扰，严重时不能正常工作；对变频器的外部控制信号产生干扰，这些控制信号受干扰后，就不能准确、正常地控制变频器运行，使被变频器驱动的电动机产生噪音，振动和发热现象。
（1）对接在同一电源设备带来的干扰
当变频器的容量较大时，将使网络电压产生畸变，通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰传入其它电路。消除或削弱对接在同一电源的设备带来的干扰，可以将变频器的输入端串入交流电抗器，在变频器的整流侧插入直流电抗器。也可以在变频器电源输入端插入滤波器，如下图1所示:
LC滤波器是被动滤波器，它由电抗和电容组成对高次谐波的共振回路，从而达到吸收高次谐波的目的。有源滤波器的工作原理是：通过对电流中高次谐波进行检测，并根据检测结果，输入与高次谐波成分相位相反的电流来削弱高次谐波的目的。
（2）对于产生的无线电干扰波
目前，变频器绝大部分是采用PWM控制方法。变频器输出信号是高频的开关信号，在变频器的输出电压、输出电流中含有高次谐波，通过静电感应和电磁感应，产生无线电干扰波。这些干扰波有的通过电线传导，有些辐射至空中的电磁波和电场直接辐射。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。
电线传导的无线电干扰波的抑制，可以采用噪声滤波变压器，对高次谐波形成绝缘；插入电抗器，以提高对高次谐波成分的阻抗，在变频器的输入端插入滤波器。
辐射无线电干扰波的抑制，较传导无线电干扰波要困难一些。这种无线电干扰的大小，决定于安装变频器设备本身的结构，和电动机电缆线长短等许多因素有关。可以尽量缩短电动机电线，电线采用双绞措施，减少阻抗；变频器输入、输出线装入铁管屏蔽；将变频器机壳良好地接；变频器输入、输出端串接电抗器，插入滤波器。
（3）对于产生的噪声干扰
由于变频器采用了PWM控制方式，变频器的输出电压波形不是正弦波，通过电动机的电流也难免含有许多谐波。变频器输出的谐波频率与转子固有频率的共振，在转子固有频率附近的噪声增大，变频器输出的谐波分量使铁心、机壳、轴架等谐波在其固有频率附近的噪声增大。因此，利用变频器对电动机进行调速控制时，电动机绕组和铁芯由于谐波的成分而产生噪声。
下图2是电动机采用变频器驱动和采用电网电源直接驱动时的噪音比较。通常，采用变频器对电动机进行驱动时，电动机产生的噪音要比电网电源直接驱动产生的噪音高出5～10dB。
对于噪音的抑制可以采取的措施为:
①选用以IGBT等为逆变模块的载波频率较高的低噪音变频器。选用变频器专用电动机，在变频器与电动机之间串入电抗器，以减少PWM控制方式产生的高次谐波。
②在变频器与电动机之间插入可以将输出波形转换成正弦波的滤波器。
③选用低噪音的电抗器。
（4）对于产生的振动干扰
采用变频器对电动机进行调速控制时，同噪音相同的原因，会使电动机产生振动。特别是较低阶的高次谐波所产生的脉动转矩，给电动机的转矩输出带来较大的振动。若机械系统与这种振动发生共振时，其振动就更为严重。
通常可以采取以下措施减小振动：
①强化机械结构的刚性，将刚性连接改为强性连接。
②在变频器与电动机之间串入电抗器
③降低变频器的输出压频比。
④改变变频器的载波频率。
在变频器对电动机进行调速过程中，如果调速范围较大时，应先测到机械系统的共振频率，然后利用变频器的频率跳跃功能，避开这些共振频率。如果转距有余量，可以将U/f给定小些。
（5）对于导致控制部件电动机过热的干扰
采用变频器对电动机进行调速控制，由于高次谐波的原因，即使是对同一电动机，在同一频率下运行，电动机也将增加5%～10%的电流。电动机温度自然会提高。此外，普通电动机的冷却风扇安装在电动机轴上的，在连续进行低速运行时，由于自身的冷却风扇的冷却能力不足，而出现电动机过热现象。
电动机过热的对策有以下几种：
①为电动机另配冷却风扇，改自冷式为他冷式。增加低速运行时的冷却能力。
②选用较大容量的电动机。
③改用变频器专用电动机。
④改变调速方案，避免电动机连续低速运行。
随着工厂电气自动化程度的提高，各种干扰也日益增多，只有对变频器的干扰问题有深入的认识，并采取相应的处理措施，才能够减少彼此之间的相互危害，更大程度的确保生产的正常进行和设备的稳定。
参考文献
变频调速技术有机的结合了其他技术和设备的优点，在调速系统中具有无可比拟的竞争优势，同其他调速方式相比，变频器不仅体积相对较小，具有较高的精度和较轻的质量，还采用了一系列的先进工艺，具有多样的应用功能，另外，变频器操作简单易行，具有较高的可行性，在一定意义上为其广泛应用奠定了坚实的基础。所以，近年来，变频器在工业领域中得到了广泛的应用。除此以外，变频器具有较低的成本，在调速系统中的应用也将产生更加积极的意义。变频器调速系统应用一方面能够通过降低能源消耗，有效的节约机械设备的运行成本，另一方面也能创造更好的节能效果。具体而言，风机变频调速具有以下突出作用：首先，变频调速能够促进冲击电流的减小，进而有效的防止电机启停时由电流冲击造成的一系列不良影响。其次，变频调速输入端子有正负之分，大大的减少了由交替切换造成的故障问题，减轻了相关工作人员的工作负担。第三，风机以及电机等设备采用变频调节时，可以根据负荷率的实际情况及时灵活的调整自身的转速，大大的减少了相关设备的磨损，延长了维护周期和设备的使用年限，有利于保障生产的持续、正常运行，节约了维护、检修的费用。
2基于PLC的变频器调速系统总体设计
2．1系统技术要求
首先，基于PLC的变频器节能自动通风系统中，通风机能够开展软启动，灵活地切换运行方式，通风机的运行状态可以在工频以及变频之间进行调整。其次，运行状态为变频的通风机能够以管网阻力的具体实际情况为依据对自身的转速进行自动化的调节，使风机的风量始终能够满足实际的需求，另外，还能够以有害气体的浓度为依据对通风机的转速进行自动化的调整，减少或者杜绝了有害气体浓度过高造成的影响。发生异常情况时，变频器调速系统能够及时的进行报警，并采取行之有效的处理措施，对风机的状态进行适当的调整。最后，综合应用上位机控制软件以及PLC进行监控系统的设计，能够以在线控制的方式对通风机的局部运行情况进行监视、控制以及管理，并以有关的参量为依据开展实时性的监控。
2．2系统整体设计方案
基于PLC的变频器调速系统是以PLC为主控单元，以变频通风机为被控元件，以有害气体浓度为主控参数的，以模糊控制为具体的控制算法。PLC能够运用传感器及时的在内存中录入有害气体的浓度，通过模糊控制对变频器的输出进行调节，以此对风机的转速进行全面的控制，实现清新空气、环保节能的效果。一般情况下，通风系统包含了触摸屏、气体传感器、PLC、变频器以及通风机等基本的设施设备和技术，其工作方式具有自动、手动以及工频三种，其中，手动调频方式为开环控制系统，自动调频方式为闭环控制系统。在发生故障等异常情况时，工作方式能够进行自动化的调节，有利于维护生产运行的稳定性以及安全性。
2．3系统硬件选择
系统设计经过验证具有一定的可行性后，设计意图的实现必须依靠硬件的有力支撑，所以，硬件的选择相当关键。首先，PLC型号的选择要充分的考虑系统的实际需要，特别是要充分的考虑系统的稳定性、可靠性以及控制的精度。另外，PLC还要具备较快的执行速度和较为齐全的通讯功能，只有这样，才能切实的满足工厂自动化的需求，全面的提高系统的控制能力以及灵活性，保障指令具有较快的执行速度。其次，在选择变频器时，要综合全面的考虑变频器的性能、功能、运行状况以及参数设定，为系统提供更加丰富的应用功能，切实的提高控制力度和速度，实现对电路、电压以及相关设备的保护，有效的规避故障问题。在选用通风机时，要考虑其具体的配置和运行状况，尽量的选择具有较高强度、较轻重量以及较好的通风机。在选择触摸屏时，要重点考虑触摸屏的显示和保密功能、参数的修改以及设置功能，要优先选用具有较快的触键反应、较丰富的系统和用户画面的触摸屏，另外，要能够对变频器的工作状态进行实时的监控和控制。最后，由于系统监测精度同有害气体浓度息息相关、密不可分，所以，气敏传感器的选用相当关键。在选用气敏传感器时，要充分考虑工艺、材料以及敏感性，能够对有关场所和设备的气体检验提供报警、提醒等功能。
3基于PLC的变频器调速系统软件设计
系统设计质量的高低同硬件以及软件的组合有着紧密的联系，所以，系统软件设计也是一个不容忽视的环节。1）通信程序设计原则。通信系统作为通风系统中不可或缺的构成，对系统的整体性能有着深刻的影响。通信系统不仅可以以其良好的可靠性、稳定性以及较大的容量服务于通风系统，还能在故障发生时提供一定的解决措施，有利于维护系统的正常稳定运行。一般情况下，通信设计的原则包含开放性、标准性、可行性以及经济性等，本文在此就不进行深入的研究了。2）系统主程序设计。系统控制程序主要包含五个部分。其中，主控制程序主要是对工频、手动以及自动等运行方式进行控制，调用程序以及设置时间，当有害气体浓度超过一定的范围时及时的进行报警，当发生异常情况或者有关的设备发生故障时，进行报警并提供相应的解决措施，能够充分的保障系统的正常运行。子程序0可以初始化有关的参数，执行完控制程序后，当风机运行是以自动变频的方式时，子程序0就会得到应用。当有害气体浓度极限值超出了有关的范围时，在子程序调用前，还应对拓展模块的存在性进行仔细的检验，对电源的实际状况进行检查，一旦发生异常情况时，就要及时的关闭主程序；当一切正常后接下来就调用子程序2，子程序2的主要功能在于对有害气体的浓度进行采集，并计算有关数值的平均值。当有害气体浓度值超过一定范围时，中断程序就要进行断电标志的设置，否则，就进行寄存器的录入，将电压值转化为数字量，并通过模拟控制器对通风机变频方式进行调节。在主程序中，中断程序的执行次数是以设置的中断控制时间为依据的。
4结语
目前，国内生产的高压大功率变频器中，以2种方案占主流:一种是功率单元串联形成高压的多重化技术;另一种是采用高压模块的三电平结构。而其他的采用高-低-高方案的，由于输出升压变压器技术难度高，成本高，占地面积大，都已基本被淘汰。因此采用高-高方案是高压大功率变频器的主要发展方向。
而高-高方案又分为多重化技术(简称CSML)和三电平(简称NPC)方案，目前有的厂家生产的高压大功率变频器是采用的三电平方案，而大多数厂家则是采用低压模块、多单元串联的多重化技术。这2种方案比较，各有优缺点，主要表现在:
(1)器件
采用CSML方式，器件数量较多，但都是低压器件，不但价格低，而且易购置，更换方便。低压器件的技术也较成熟。而NPC方案，采用器件少，但成本高，且购置困难，维修不方便。
(2)均压问题(包括静态均压和动态均压)
均压是影响高压变频器的重要因素。采用NPC方式，当输出电压较高时(如6kV)，单用单个器件不能满足耐压要求，必须采用器件直接串联，这必然带来均压问题，失去三电平结构在均压方面的优势，系统的可靠性也将受到影响。而采用CSML方案则不存在均压问题。唯一存在的是当变频器处于快速制动时，电动机处于发电制动状态，导致单元内直流母线电压上升，各单元的直流母线电压上升程度可能存在差异，通过检测功率单元直流母线电压，当任何单元的直流母线电压超过某一阈值时，自动延长减速时间，以防止直流母线电压上升，即所谓的过压失速防止功能。这种技术在低压变频器中被广泛采用，非常成功。
(3)对电网的谐波污染和功率因数
由于CSML方式输入整流电路的脉波数超过NPC方式，前者在输入谐波方面的优势很明显，因此在综合功率因数方面也有一定的优势
(4)输出波形
NPC方式输出相电压是三电平，线电压是五电平。而CSML方式输出相电压为11电平，线电压为21电平(对五单元串联而言)，而且后者的等效开关频率大大高于前者，所以后者在输出波形的质量方面也高于前者。
(5)dv/dt
NPC方式的输出电压跳变台阶为高压直流母线电压的一半，对于6kV输出变频器而言，为4kV左右。CSML方式输出电压跳变台阶为单元的直流母线电压，不会超过1kV，所以前者比后者的差距也是很明显的。
(6)系统效率
就变压器与逆变电路而言，NPC方式与CSML方式效率非常接近。但由于输出波形质量差异，若采用普通电机，前者必须设置输出滤波器，后者不必。而滤波器的存在大约会影响效率的0.5%左右。
(7)四象限运行
NPC方式当输入采用对称的PWM整流电路时，可以实现四象限运行，可用于轧机、卷扬机等设备;而CSML方式则无法实现四象限运行。只能用于风机、水泵类负载。
(8)冗余设计
NPC方式的冗余设计很难实现，而CSML方式可以方便的采用功率单元旁路技术和冗余功率单元设计方案，大大的有利于提高系统的可靠性。
(9)可维护性
除了可靠性之外，可维护性也是衡量高压大功率变频器的优劣的一个重要因素，CSML方式采用模块化设计，更换功率单元时只要拆除3个交流输入端子和2个交流输出端子，以及1个光纤插头，就可以抽出整个单元，十分方便。而NPC方式就不那么方便了。
总之，三电平电压形变频器结构简单，且可作成四象限运行的变频器，应用范围宽。如电压等级较高时，采用器件直接串联，带来均压问题，且存在输出谐波和dv/dt等问题，一般要设置输出滤波器，在电网对谐波失真要求较高时，还要设置输入滤波器。而多重化PWM电压型变频器不存在均压问题，且在输入谐波及dv/dt等方面有明显优势。对于普通的风机、水泵类一般不要求四象限运行的场合，CSML变频器有较广阔的应用前景。这类变频器又被国内外设计者称之为完美无谐波变频器。
我公司的设计人员经过多方探讨，综合各种方案的优缺点，最后选定了完美无谐波变频器的CSML方案作为我们的最佳选择，这就是我们向市场推出的JD-BP37和JD-BP38系列的高压大功率变频器。
2变频器的性能特点
(1)变频器采用多功率单元串联方案，输出波形失真小，可配接普通交流电机，无须输出滤波器。
(2)输入侧采用多重化移相整流技术，电流谐波小，功率因数高。
(3)控制器与功率单元之间的通信用多路并行光纤实现，提高了抗干扰性及可靠性。
(4)控制器中采用一套独立于高压源的电源供电系统，有利于整机调试和操作人员的培训。
(5)采用全中文的Windows彩色液晶显示触摸界面。
(6)主电路模块化设计，安装、调试、维护方便。
(7)完整的故障监测和报警保护功能。
(8)可选择现场控制、远程控制。
(9)内置PID调节器，可开环或闭环运行。
(10)可根据需要打印输出运行报表。
3工作原理
3.1基本原理
本变频器为交-直-交型单元串联多电平电压源变频调速器，原理框图如图1所示。单元数的多少视电压高低而定，本处以每相为8单元，共24单元为例。每个功率单元承受全部的电机电流、1/8的相电压、1/24的输出功率。24个单元在变压器上都有自立独立的三相输入绕组。功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法，目的是实现多重化，降低输入电流的谐波成分。24个二次绕组分成三相位组，互差为20°,以B相为基准，A相8个单元对应的8个二次绕组超前B相20°，C相8个单元对应的8个二次绕组落后B相20°，形成18脉冲整流电路结构。整机原理图如图2所示。
3.2功率单元电路
所有单元都有6支二极管实现三相全波整流，有4个IGBT管构成单相逆变电路。功率单元的主电路如图3所示，4个IGBT管分别用T1、T2、T3、T4表示，它们的门极电压分别是UG1、UG2、UG3、UG4、
个功率单元的输出都是一样的PWM波。功率单元输出波形如图4所示。逆变器采用多电平移相PWM技术。同一相的功率单元输出完全相同的基准电压(同幅度、同频率、同相位)。多个单元迭加后的输出波形如图5所示。
4.3系统结构与控制
(1)系统结构
整个系统有隔离变压器、3个变频柜和1个控制柜组成，参见图6。
图
a)隔离变压器
原边为星形接法，副边共有24个独立的三相绕组，为了适应现场的电网情况，变压器原边留有抽头
b)变频柜
A、B、C三相分装在3个柜内，可分别称为A柜、B柜、C柜
c)控制柜
柜内装有控制系统，柜前板上装有控制面板、控制接线排等。由于电压等级和容量的不同，不同机型的单元的数量不同，面板的布置也会有些不同。
4.4系统控制
整机控制系统有16位单片机担任主控，24个功率单元都有一个自己的辅助CPU，由8位单片机担任，此外还有一个CPU，也是8位单片机，负责管理键盘和显示屏。
(1)利用三次谐波补偿技术提高了电源电压利用率。
(2)控制器有一套独立于高压电源的供电体系，在不加高压的情况下，设备各点的波形与加高压情况相同，这给整机可靠性、调试带来了很大方便。
(3)系统采用了先进的载波移相技术，它的特点是单元输出的基波相迭加、谐波彼此相抵消。所以串联后的总输出波形失真特别小。
4
本公司分别于2002年8月、10月和2003年3月、4月分别在山东莱芜钢铁股份有限公司炼铁厂、辽河油田锦州采油厂、浙江永盛化纤有限公司应用了本公司生产的高压大功率变频器JD-BP37-630F2台、JD-BP38-355、JD-BP37-550F各1台。从运行情况看:
(1)变频器结构紧凑，安装简单
由于变频器所有部分都装在柜里，不需要另外的电抗器、滤波器、补偿电容、启动设备等一系列其他装置，所以体积小，结构紧凑，安装简单，现场配线少，调试方便。
(2)电机及机组运行平稳，各项指标满足工艺要求。
由变频器拖动的电机均为三相普通的异步电动机，在整个运行范围内，电机始终运行平稳，温升正常。风机启动时的噪音及启动电流很小，无任何异常震动和噪音。在调速范围内，轴瓦的最高温升均在允许的范围内。
(3)变频器三相输出波形完美，非常接近正弦波。
经现场测试，变频器的三相输出电压波形、电流波形非常标准，说明变频器完全可以控制一般的普通电动机运行，对电机无特殊要求。
(4)变频器运行情况稳定，性能良好。
该设备投运以来，变频器运行一直十分稳定。设备运行过程中，我公司技术人员对变频器输入变压器的温升，功率单元温升定期巡检，完全正常。输出电压及电流波形正弦度很好，谐波含量极少，效率均高于97%，优于同类进口设备。
(5)运行工况改善，工人劳动强度降低。
变频器可随着生产的需要自动调节电动机的转速，达到最佳效果，工人工作强度大大降低。
(6)变频器操作简单，易于掌握及维护。
变频器的起停，改变运行频率等操作简便，操作人员经过半个小时培训就可以全面掌握。另外，变频器各种功能齐全，十分完善，提高了设备可靠性，而且节电效果明显。以山东莱钢股份有限公司应用的JD-BP37-630F变频器为例，该系统生产周期大约为1h，出铁时间为20min，间隔约40min，系统配置电机的额定电流为80A，根据运行情况，及其它生产线的实际运行情况，预计该电机运行电流应在60A，以变频器上限运行频率45HZ时，电流为45A，间隔时间运行频率20HZ时，电流为20A。根据公式测算节能效果达到42.7%。
5结束语
从这几台这几个月的运行情况看，我公司自行研制生产的高压大功率变频器，运行稳定可靠，节能效果显著，改善了工作人员的工作环境，降低了值班人员的劳动强度。变频器对电机保护功能齐全，减少了维修费用，延长了电机及风机的使用寿命，给用户带来了显著的经济效益，深得用户好评。据专家估计我们国家6kV以上的高压大功率电机约有3万多台，约合650万kW，因此，高压大功率变频器的市场是极其广阔的。
关键词：变频器供水行业应用
引言
一般城市管网的水压无法完全满足所有用水居民的用水需求，绝大部分用户须通过提升水压才能满足用水要求。以前大多采用传统的水塔，高位水箱等等增压设备，它们都必须由水泵以高出实际用水高度的压力提升水量，其结果大大增加了能量损耗。
一、新、旧泵的测试
例如，我公司对6sh-655kw成套机电设备做如下测试：
75KW三垦变频器直拖旧泵测试数据表：
75KW三垦变频器直拖新泵测试数据表
由上述测试结果可得老式供水方式被全新变频供水方式取代具有多项优点：
1.1变频供水能灵活控制供水压力。
1.2采用变频供水节电效果明显。
1.3当异步电机在全压启动时从静止状态加速到额定转速所需时间小于0.5秒，这意味着在不足0.5秒的时间里，水的流量从零猛增到额定流量，在极短时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高或过低的冲击，压力过高会爆管而过低导致管子的瘪塌。直接停机同样会引起压力冲击。从上表测试结果可见使用变频器调速后，可通过对加减速时间的合理预置来延长启动和停止过程，合理控制供水压力减少管道冲击，最大限度保护管网，管件，同时也提高电机水泵的使用寿命。从上述测试还可以看出泵老化时严重影响出水量供水压力，维护维修不及时泵效率会大幅降低。
二、变频器的节能效果
变频器节能效果实际工作中更可观。例如，我公司有一水厂，水厂原供水方案为280KW机电系统一工一变两套系统向市区管网以0.18Mpa压力供水，工频供水系统为控制供水压力要采用勒阀门的方法。去年经技术改造改为两套供水系统均用变频器供水，严禁勒阀门通过变频器调频来控制供水压力。改变供水方法后该水厂当月电费较前月少近五万元，当年公司电费较上年减少近六十万元，可见使用变频器供水节能效果很明显，长期使用变频器经济效益可观。
变频调速恒压供水系统，经历了逐步完善的过程。综合早期的单泵恒压供水系统与近几年来被行业内人士普遍使用的多泵恒压调速供水系统诸多供水方式来看，我认为最优的恒压供水系统应为单泵直拖恒压供水系统。
三、各种供水方式比较
例如，我单位现使用以下几种供水方式(以富士变频器为例)：
3.1变频器直拖电机变压（变流量）供水：优点：接线简单，使用电器件少，完全启用变频器自身功能运行稳定，节电效果较明显，维修率较低。缺点：只能变压（流量）运行，节能空间有剩余。
3.2多泵运行方式：控制回路用PLC(可编程控制器)设计以三泵为例：优点：可控制实现恒压（恒流量）供水。缺点：只有一台泵变频调速运行，其余各泵均工频运行，节能一般,部分能量未被挖掘出来。维修工作量较大，运行稳定性较好。:
在现代社会和经济活动中,电梯已是城市物质文明的一种标志。在高层建筑中,电梯是不可缺少的垂直运输设备。电梯按照服务对象不同被分为:客梯、货梯、扶梯、液压梯、杂物梯等。
货梯以其承重能力强的特点，可在最短时间、最效率的空间，提供承载货物的最大值，求得最大的经济效益。因此，货梯已成为工厂、仓储、百货商场、物业中心等单位运输货物的最佳拍档。
目前，货梯占整个电梯市场份额大约20%左右，而且这个比例在近年来一直在增长。随着货梯不断的被投入市场，客户对于货梯的控求也越来越高。原有被使用于客梯生产的变压变频技术也被广泛地用于货梯生产，使货梯在低速状态下，能够运行平稳。牵引式电梯为最常见的货梯驱动方式,如图1所示。这种驱动方式，是利用主电机拖动所产生的动力，经偏位轮带动车厢，可顺畅无阻地升降。其它方面，只须考虑建筑物对于电梯的支撑力量是否足够即可。变频器在这种驱动方式的电梯中扮演非常重要的角色。
图1牵引式电梯结构示意图
2货梯运行时对驱动系统的工艺要求
2.1电梯主电动机的运行状态
电梯主电动机的4象限运行如图2所示。
(1)第1象限(正转电动状态)
轿厢满载(轿厢重量>对重重量)上升。
(2)第4象限(反转发电状态):轿厢下降。
图2电梯主电动机的4象限运行
(3)第2象限(正转发电状态):轿厢轻载(轿厢重量<对重重量)上升。由于对重的重力将拉着轿厢上升，使电动机的转速超过同步转速，处于发电机状态。
(4)第3象限(反转电动状态):轿厢轻载下降。
2.2对电梯的控制要求
短暂掀动安装在轿厢内或井道外的触点按钮，经过适当的电磁辅助装置来激发电机起动装置，进而起动轿厢，而电梯则通过轿厢机械装置自动停梯，响应外部召唤。作为驱动设备的变频器是否能够提供足够的起动/制动转矩、是否能使四象限运行的平稳;又是否能快速及时的响应顺序信号，都是评判货梯中驱动设备性能好坏的标准。
3台安的V2是货梯的首选驱动设备
3.1台安V2系列变频器的特点
(1)采用先进的电流向量控制技术。
台安的V2系列变频器，这款采用先进的电流向量控制技术，具备动态Auto-tuning功能，开路形式即不附PG卡1Hz能达到200%扭矩输出;当采用闭回路形式即
图3V2的T-N曲线
附PG反馈卡时，0Hz时就能有180%的扭矩输出，图3所示为V2的T-N曲线。
图4V2在100%负载,输出1Hz时的正弦波电流波形
(2)频率响应快
V2核心芯片采用32位RISCCPU控制，频率响应速度为28Hz(3.5ms)，提供更快、更及时的响应指标，使各项保护更稳定。在货梯这种应用场合中使用，可驾轻就熟、游刃有余。图4所示为V2在100%负载,输出1Hz时的正弦波电流波形
V2系列变频器驱动接线图5所示。
图5V2系列变频器的接线
3.2使用时的注意事项
(1)采用向量不带PG的控制形式，驱动部分时序图如图6所示。
图6驱动部分时序图
(2)低速时可提供高转矩输出
货梯一般动作形式需要使用两段速运转，启动与停止时为低速，可确保停止时定位精度;也可使启动状态也不会造成轿厢晃动。低速运行时有必要增加相应的转矩补偿，停止时要使用直流制动功能。
(3)互锁功能提供更高的安全系数
V2拖动货梯的主驱动电机使轿厢电梯作垂直运行时，电机一定要与外部机械抱闸装置配合使用，以确保变频器停止输出时，箱体不会出现下坠。因此V2的多功能输出端子R1B/R1C必须与R2A/R2B串联，接至外部机械制动装置，实现开/关安全互锁功能。而且在安装时要特别注意变频器与机械制动的衔接一定要准确无误。
为实现以上操作需要设定的参数见附表:
(4)减速时失速防止
减速状态下，制动电阻可将电机在发电状况下反馈给变频器的能量予以吸收，所以必须将变频器“减速中失速防止功能设为无效”。注意:如果设定“减速时失速防止”有效，可能会引起变频器无法在设定的减速时间内停下。
(5)Autotuning(自学习)电机自适应调节
执行电机参数自学习之前，要确定电机与负载分离。否则，变频器在空载试验中观测到的电机参数与电机的实际情况有出入，会影响电机的输出效应。
(6)制动电阻过热保护
当制动电阻被频繁使用时，可外加电子热继电器来防止制动电阻出现过热情况，这项功能需设定相应的顺序操作电路。
(7)瞬停再起动功能
货梯这类负载在瞬间停电的状态时，不可使用瞬间停电再起动功
能及自动复归功能。设定变频器参数时，要将这两项参数设为无效。
(8)转矩限制功能
可将转矩限制设定值设为电机额定转矩输出的参考值。
(9)通讯功能
V2除内建世界通用的ModbusRTU模式RS485通信端口;另可通过扩展的通信适配卡，与各种通信接口联机，可被接入应用总线技术的电梯控制系统，电机的运行信息就可以和智能化大厦所有自动化信息系统联网，方便智能大厦的群控管理。
(10)宽电压范围运行
V2使用电压范围相当广，适用于世界各地使用(特别针对国内电网波动较大的情形)
3相200V级:200~240VAC+10%/-10%
3相400V级:380~480VAC+10%/-10%
4结束语
V2低频时良好的输出特性，保证了货梯轿厢在低速时起/停平稳;V2的控频精度高，使轿厢在各个轨道位置定位也非常准确。又更因为其优良的性价比，使V2颇受货梯厂欢迎。另外，V2内建的通讯功能，可方便的提供给用户其想要掌控的电梯运行信息。总之，货梯装置在引入V2系列变频器以后，能以较低的使用成本获得理想的运行效果。
参考文献
