交-交变频技术实现感应电机的重载起动（一）

4.2 整流与逆变工作状态 假设负载的功率因数角为Φ，即输出电流滞后输出电压Φ角。另外两组交流电路在工作时无环流工作方式，即一组交流电路工作时，将另一组变流电路的脉冲封锁。下图给出了一个周期内负载电压、电流波形。 从图3中可以看出，那组变流电路工作是由输出电流的方向决定的，与输出电压极性无关。变流电路是工作在整流状态还是逆变状态，则是由输出电压方向和输出电流方向的异同决定的。 4.3 输出正弦波电压的调制方法 使交-交变频电路的输出电压波形为正弦波的调制方法有多种，这里介绍广泛采用的余弦交点法。 晶闸管变流电路的输出电压为 (1) 式中，Ud0为α=0时的理想空载整流电压。对交-交变频电路来说，每次控制时α角是不同的，式(1)中的U0表示每次控制间隔内输出电压的平均值。 设要得到的正弦波输出电压为 (2) 则比较式(1)和式(2)可得(3) (3) 式中γ称为输出电压比， 因此 (4) 上式就是用余弦交点法求变流电路α角的基本公式。 式(4)可以用模拟电路来实现，但线路复杂，且不易实现准确的控制，所以采用微机来实现上述运算。可把事先计算好的数据存入存储器中，运行时按照所存的数据进行实时控制。为了用计算机实现实时控制，必须具备三相低频信号、同步信号、零电流检测三个基本条件。 4.4 三相低频信号的产生原理 用计算机产生三相低频信号，必须首先将要产生的低频信号进行数字化。这不仅在幅值上数字化，在时间上也要数字化。在时间上，以一度为单位(分辨率已经足够)，将低频信号的一个周期分成360等份。根据需要的频率求出低频信号一度的时间，以次作为定时时间，这样每隔一度，便输出一次低频信号的对应值，每360循环一次，构成低频的周期。其它两相输出和上面一样，只是输出的对应数值不一样，正好相差120、240度。这样就构成了互差1200的低频信号。由于准梯形波具有较高的基波幅值，因此这里采用它作为低频参考信号，它是限幅的正弦波，当等于600时就已经到达了最大值。其目的是提高直流电压的利用率。 下面以准梯形波为例来说明三相低频信号实现的具体方法。 a. 建立一个准梯形波波形的表格，表格的大小为360个数据，这些数据分别以1度为间隔的准梯形波波形数据。表格存放在表首地址为TABLE的内存中，第一个数据为1度时对应的波形数据，最后一个为360度对应的波形数据。表格的数据是按比例得到的。 b. 设一计数指针COUN，初始化时，使COUN=0，并起动定时器。在定时时间到达之后，计数指针COUN增1，同时取出表中的数据(对应内存地址为TABLE+COUN)输出。当计数指针COUN=360时，使COUN复位为0，便完成了本周期的数据输出，为下一周期做准备。这样周而复始不断的取数输出，就产生了低频数字信号。 c. 其它两相低频信号分别滞后120、240度的同样波形，可以完全使用同样的表格。 d. 为了得到复值可变的低频信号，在低频数字信号输出之前，应乘以调制系数，调制系数的范围是0~1。 e. 1度对应的时间是由所需输出频率决定的，将其转换为定时时间常数后，存放于TIME的单元中，它就是控制交-交变频器输出频率的变量。 4.5 同步信号电路 采用微机定时方式进行交-交变频的移相控制时，需要给微机提供各晶闸管控制角起时定时时刻的方波信号，使移相控制装置向晶闸管发出的触发脉冲信号在电源电压的每个周期内均能重复出现。因此，这一方波信号的频率应与电源频率相同。所以，一般将此方波信号称为同步信号。此外，同步信号的另一作用是微机利用它的状态来进行判相定管，决定是某相的上管或下管工作与否。 取A相电压经同步变压器降压后，进入RC移相电路形成滞后30度的正弦电压，由三级管将正弦波形成方波，再经光电隔离、反相及输出电路，在输出端得到同步脉冲信号。 4.6 零电流检测电路 不论是电压型还是电流型控制的无环流交-交变频器，正反组变流器的换向都必须处于零电流状态，此时两组变流器的触发脉冲都被封锁。因此，实际的零电流一定要准确可靠的检测出来，这关系到换相的死区长短，以及换相的可靠性。 检测方法 检测负载电流的方法常用的有两种：LEM电流传感器和检测和晶闸管端电压法。用LEM电流传感器检测负载电流，可将主电路与控制电路完全隔离，且检测电路结构简单。但由于换相等原因，负载电流含有丰富的电流谐波，给电流检测、尤其是过零点检测带来了一定困难。LEM传感器输出信号经滤波、整形后，会产生伪过零点，使控制系统出现误动作。由于晶闸管导通时其端电压为管压降，近似等于零，而阻断时端电压等于其所接交流电压(电网线电压或相电压)。同时检测变频器主电路中每一相上的六个晶闸管，如有一管导通说明此相有电流。如六管全关断则说明此相无电流，也就是电流过零点。这种方法直接检测零电流，不需要对电流波形进行整形，其输出信号完全对应着电流波形中的零电流，使检测电路更加准确、可靠。图4为零电流检测电路。 5 出现的问题及解决方法 交-交变频电路的输出电压是由若干段电网电压拼接而成的。当输出频率升高时，输出电压一个周期内电网电压的段数就减少，所含谐波分量就要增加。这种输出电压的波形畸变是限制输出频率提高的主要因数之一。所以最高输出频率不高于电网频率的1/3-1/2。但由于我们主要用于起动，一旦速度达到了1/3全速，可以控制相应的晶闸管，使它们切换到软起动，软起动方式仍由本装置实现。在软起动的作用下完成起动结束。因为此时电压相对较小，切换的过程中，不会有很大的冲击电流。 由于采用无环流控制方式，有换流死区，所以输出波形有一点畸变。可以采用快速的，比较好的零电流检测方法来减小死区时间。 6 结束语 传统起动方式将逐渐被可控硅软起动所取代，然而软起动却不能很好解决感应电机的重载起动，因而给出了一种实用的交-交变频起动方式来解决这个问题。由于目前采用交-交变频技术成本相对过高，同时由于国内的研究开发相对滞后，致使该技术还主要限于大型矿井的关键设备。但随着这一技术相对成本的不断降低，人们节能意识的不断深入，该技术在矿井中的应用必将迎来一个全新的时期，同时在应用范围上也将扩大，并有待开发和完善。 参考文献 [1] 电动机降压起动器的选择与分析 凌浩 2000.12 vol.20 P66 [2] 交流异步电动机的软起动与保护探讨 何友全 矿山机械 2000.5 [3] 陈伯时，陈敏逊， 交流调速系统，机械工业出版社，1997 [4] 交-交无环流变频器-异步电机的牵引和再生制动 北方交通大学学报 梁晖 1995.9 vol.19 NO.3 [5] 交-交变频调速技术在矿井中的应用 冯立杰 中州煤炭 1997.2 p24-25——此文章转载于互联网，文中观点与本网站无关，如有侵权请联系删除