導(dǎo)語：如何才能寫好一篇交變電流，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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A. 最大值仍為[Um]，而頻率大于[f]

B. 最大值仍為[Um]，而頻率小于[f]

C. 最 大值大于[Um]，而頻率仍為[f]

D. 最大值小于[Um]，而頻率仍為[f]

2. 圖2甲、乙分別表示兩種電壓的波形，其中圖甲表示電壓按正弦規(guī)律變化. 下列說法正確的是（ ）

A. 圖甲表示交變電流，圖乙表示直流電

B. 兩種電壓的有效值相等

C. 圖甲所示電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為[U=][311sin100πt V]

D. 圖甲所示電壓經(jīng)匝數(shù)比為[10∶1]的變壓器變壓后，頻率變?yōu)樵瓉淼腫110]

3. 圖3表示正弦脈沖波和方波的交變電流與時(shí)間的變化關(guān)系. 若使這兩種電流分別通過兩個(gè)完全相同的電阻，則經(jīng)過1min的時(shí)間，兩電阻消耗的電功之比[W甲∶W乙]為（ ）

A. [1∶2] B. [1∶2]

C. [1∶3] D. [1∶6]

4. 我國(guó)南方遭遇特大雪災(zāi)時(shí)，輸電線表面結(jié)冰嚴(yán)重，導(dǎo)致線斷塔倒. 某學(xué)校實(shí)驗(yàn)興趣小組設(shè)計(jì)了利用輸電導(dǎo)線自身電阻發(fā)熱除冰的救災(zāi)方案，處理后的電路原理如圖4，輸電線路終端降壓變壓器用模擬負(fù)載[R0]代替，[RL]為輸電線電阻，并將電阻[RL]放入冰雪中，在變壓器原線圈兩端加上交變電流后即出現(xiàn)冰雪融化的現(xiàn)象. 為了研究最好除冰方案，下列模擬實(shí)驗(yàn)除給定操作外，其他條件不變，不考慮其可行性，你認(rèn)為其中最合理的是 （ ）

A. 將調(diào)壓變壓器滑動(dòng)觸頭[P]向上移動(dòng)一些

B. 將調(diào)壓變壓器滑動(dòng)觸頭[P]向下移動(dòng)一些，同時(shí)延長(zhǎng)通電時(shí)間

C. 通過計(jì)算，選擇適當(dāng)輸出電壓，并閉合[S]將模擬負(fù)載[R0]短時(shí)短路

D. 通過計(jì)算，選擇適當(dāng)輸出電壓，并將模擬負(fù)載[R0]的阻值增大一些

5. 正弦式電流經(jīng)過匝數(shù)比為[n1n2=101]的變壓器與電阻[R]、交流電壓表V、交流電流表A按圖5甲方式連接，[R=]10Ω. 圖5乙是[R]兩端電壓[U]隨時(shí)間變化的圖象，[Um=102V]，則下列說法正確的是（ ）

A. 通過[R]的電流[iR]隨時(shí)間[t]變化的規(guī)律是[iR=2cos100πt A]

B. 電流表A的讀數(shù)為0.1A

C. 電流表A的讀數(shù)為[210A]

D. 電壓表的讀數(shù)為[Um=102V]

6. 如圖6，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為[1∶5]，原線圈兩端的交變電壓為[u=202sin100πt V]. 氖泡在兩端電壓達(dá)到100V時(shí)開始發(fā)光. 則（ ）

A. 開關(guān)接通后，氖泡的發(fā)光頻率為100Hz

B. 開關(guān)接通后，電壓表的示數(shù)為100V

C. 開關(guān)斷開后，電壓表的示數(shù)變大

D. 開關(guān)斷開后，變壓器的輸出功率不變

7. 圖7是霓虹燈的供電電路，電路中的變壓器可視為理想變壓器. 已知變壓器原線圈與副線圈的匝數(shù)比[n1n2=120]，加在原線圈上的電壓為[u1=]311sin100[πt]V，霓虹燈正常工作的電阻[R=]440kΩ，[I1、I2]表示原、副線圈中的電流. 下列判斷正確的是（ ）

A. 副線圈兩端電壓6220V，電流14.1mA

B. 副線圈兩端電壓4400V，電流10.0mA

C. [I1

D. [I1>I2]

8. 理想變壓器原線圈中輸入電壓[U1=]3300V，副線圈兩端電壓[U2]為220V，輸出端連有完全相同的兩個(gè)燈泡[L1]和[L2]，如圖8，繞過鐵芯的導(dǎo)線所接的電壓表V的示數(shù)[U=2V]. 求：

圖8

（1）原線圈[n1]的匝數(shù)；

（2）當(dāng)開關(guān)[S]斷開時(shí)，電流表[A2] 的示數(shù)[I2]=5A. 則電流表[A1] 的示數(shù)[I1]為多少；

（3）當(dāng)開關(guān)[S]閉合時(shí)，電流表[A`] 的示數(shù)[I1′]是多少.

9. 如圖9甲，一固定的矩形導(dǎo)體線圈水平放置，線圈的兩端接一只小燈泡，在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場(chǎng). 已知線圈的匝數(shù)[n=]100匝，電阻[r=]1.0Ω，所圍成矩形的面積[S=]0.040m2，小燈泡的電阻[R=]9.0Ω，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度按如圖9乙的規(guī)律變化，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為[e=nBmS2πTcos（2πTt）]，其中[Bm]為磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，[T]為磁場(chǎng)變化的周期. 不計(jì)燈絲電阻隨溫度的變化，求：

圖9

（1）線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值；

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1.恒定電流的動(dòng)態(tài)分析

動(dòng)態(tài)分析也就是通過滑動(dòng)變阻器的滑片滑動(dòng)來改變電阻，或者是光敏電阻、熱敏電阻的電阻隨亮度和溫度的變化。這類題要是從改變的電阻入手，往往分析不出它自身的電流電壓的變化，所以要從不變的電阻來分析變化的電阻的電流以及電壓。

例1．如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，不計(jì)電壓表和電流表內(nèi)阻對(duì)電路的影響，當(dāng)電鍵閉合后，兩小燈泡均能發(fā)光．在將滑動(dòng)變阻器的觸片逐漸向右滑動(dòng)的過程中，下列說法正確的是

（）

A．小燈泡L1、L2均變暗

B．小燈泡L1變亮，小燈泡L2變暗

C．電流表A的讀數(shù)變小，電壓表V的讀數(shù)變大

D．電流表A的讀數(shù)變大，電壓表V的讀數(shù)變小

解：當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)時(shí)，電阻變大，總電阻也變大，由閉合電路的歐姆定律可知，回路中電流I減小，所以電流表A的讀數(shù)變小，燈泡L2變暗。因?yàn)閮?nèi)電阻不變，所以先分析電源內(nèi)電壓U內(nèi)=Ir減小，路端電壓U=E-U內(nèi)增大，電壓表V的讀數(shù)變大。再分析L2電阻不變，所以UL 2=IRL 2變小，所以滑動(dòng)變阻器兩端電壓U滑=U-UL 2升高，燈泡L1變亮。

故BC項(xiàng)正確。

2.交流電的動(dòng)態(tài)分析

其實(shí)交流電的動(dòng)態(tài)分析相對(duì)同等難度的直流電來說某些方面還要比較簡(jiǎn)單一些，因?yàn)楦咧薪佑|的變壓器都是理想變壓器，不考慮自身的電能的消耗，所以相當(dāng)于沒有內(nèi)電阻。也是同樣的思路從不變的電阻入手。

例2．如圖，理想變壓器原線圈接正弦交流電，副線圈與理想電壓表、理想電流表、熱敏電阻Rt（阻值隨溫度的升高而減?。┘岸ㄖ惦娮鑂1組成閉合電路．則以下判斷正確的是（）

A．變壓器原線圈中交流電壓u的表達(dá)式u＝36 sin100πt（V）

B．Rt處溫度升高時(shí)，Rt消耗的功率變大

C．Rt處溫度升高時(shí)，變壓器的輸入功率變大

D．Rt處溫度升高時(shí)，電壓表和電流表的示數(shù)均變大

解：當(dāng)溫度升高時(shí)，Rt電阻減小，總電阻減小，總電流增大，所以電流表的示數(shù)增大。副線圈的電壓不變，因?yàn)殡娮鑂1電阻不變，所以R1的分壓UR 1=IR1變大，則電壓表的示數(shù)減小。這個(gè)題還涉及到輸入功率隨輸出功率的變化，以及交流電的瞬時(shí)表達(dá)式。

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一、采用同步對(duì)比實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演示電感和電容對(duì)交變電流的影響

對(duì)于“電感對(duì)交變電流的影響”演示實(shí)驗(yàn)，筆者將原實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)成圖2所示電路，不僅操作方便而且增加了實(shí)驗(yàn)對(duì)比度。器材如下：A和B為2個(gè)完全相同的小燈泡(2.5V，3.8W)，R為滑動(dòng)變阻器(最大值50Ω)，S為雙刀雙擲開關(guān)，L為學(xué)生用原副線圈，用學(xué)生電源供電。實(shí)驗(yàn)過程：先接直流6V擋，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R使B和A燈泡亮度相同。然后改接為交流6V擋，對(duì)比A和B燈泡的亮度，會(huì)發(fā)現(xiàn)A燈比B燈暗。以上現(xiàn)象可說明線圈L對(duì)交流電除電阻阻礙外，又產(chǎn)生新的阻礙電流因素感抗。

將實(shí)驗(yàn)裝置中的線圈換成電容器，且將滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值放置為最小，便可用來對(duì)比演示“電容對(duì)交變電流的影響”，效果亦同樣十分明顯。使用該實(shí)驗(yàn)裝置還可以進(jìn)一步演示感抗與自感系數(shù)的關(guān)系、容抗與電容量的關(guān)系，具體方法和過程在這里不再贅述。

二、用信號(hào)發(fā)生器作為電源演示交流電頻率對(duì)感抗和容抗的影響

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交流電轉(zhuǎn)換成直流電通過整流器實(shí)現(xiàn)，直流電轉(zhuǎn)變成交流電通過逆變器完成。

整流原理：半導(dǎo)體PN結(jié)在正向偏置時(shí)電流很大，反向偏置時(shí)電流很小。整流二極管就是利用PN結(jié)的這種單向?qū)щ娞匦詫⒔涣麟娏髯優(yōu)橹绷鞯囊环NPN結(jié)二極管。通常把電流容量在1安以下的器件稱為整流二極管，1安以上的稱為整流器。常用的半導(dǎo)體整流器有硅整流器和硒整流器，產(chǎn)品規(guī)格很多，電壓從幾十伏到幾千伏，電流從幾安到幾千安。整流器廣泛用于各種形式的整流電源中。

逆變?cè)恚簩㈦娋W(wǎng)的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的12V直流輸出，而逆變器是將Adapter輸出的12V直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l的高壓交流電；兩個(gè)部分同樣都采用了用得比較多的脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)。其核心部分都是一個(gè)PWM集成控制器，Adapter用的是UC3842，逆變器則采用TL5001芯片。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

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論文關(guān)鍵詞：變頻電源,變壓整流器,變壓器設(shè)計(jì)

0引言

變頻發(fā)電系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單可靠的特點(diǎn)，在新一代飛機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用，如B787，A380，C919飛機(jī)均采用了變頻發(fā)電系統(tǒng)。

飛機(jī)變壓整流器將主交流電源轉(zhuǎn)換成28V直流電源給直流用電設(shè)備供電。

1變壓整流器工作原理

本方案設(shè)計(jì)的12脈沖變壓整流器由一個(gè)變壓器，兩組三相整流橋等組成，其電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。它利用一個(gè)三相變壓器，其原邊繞組采用星形連接，副邊兩繞組分別采用星形和三角形聯(lián)接后分別接到兩個(gè)整流橋，兩組橋輸出端經(jīng)平衡電抗器并聯(lián)，引出電抗器的中心抽頭作為直流輸出的正端，整流橋的負(fù)端直接相聯(lián)后作為輸出負(fù)端接至直流負(fù)載。

4.3仿真結(jié)論

經(jīng)過仿真可知，設(shè)計(jì)的變壓整流器可滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的要求，本設(shè)計(jì)方案可行。

5結(jié)論

本文以變頻交流發(fā)電系統(tǒng)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一款變壓整流器，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的變壓整流器性能良好。驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性，為對(duì)飛機(jī)變壓整流器的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]李傳琦，盛義發(fā).電子電力技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社.

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關(guān)鍵詞：變頻電機(jī)設(shè)計(jì)交流調(diào)速系統(tǒng)變頻器諧波

一、變頻器運(yùn)行時(shí)對(duì)變頻電機(jī)工作的影響

在變頻電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中，采用電力電子變壓變頻器作為供電電源，供電系統(tǒng)中電壓除基波外不可避免含有高次諧波分量，對(duì)外表現(xiàn)為非正弦性，諧波對(duì)電機(jī)的影響主要體現(xiàn)在磁路中的諧波磁勢(shì)和電路中的諧波電流上，不同振幅和頻率的電流和磁通諧波將引起電動(dòng)機(jī)定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅(鋁)耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅(鋁)耗。這些損耗都會(huì)使電動(dòng)機(jī)效率和功率因數(shù)降低。同時(shí)，這些損耗絕大部分轉(zhuǎn)變成熱能，引起電機(jī)附加發(fā)熱，導(dǎo)致變頻電機(jī)溫升的增加。如將普通三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于變頻器輸出的非正弦電源條件下，其溫升一般要增加10%～20%。同時(shí)這些諧波磁動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子諧波電流合成又產(chǎn)生恒定的諧波電磁轉(zhuǎn)矩和振動(dòng)的諧波電磁轉(zhuǎn)矩，恒定諧波電磁轉(zhuǎn)矩的影響可以忽略，振動(dòng)諧波電磁轉(zhuǎn)矩會(huì)使電動(dòng)機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生脈動(dòng)，從而造成電機(jī)轉(zhuǎn)速(主要是低速時(shí))的振蕩，甚至引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。諧波電流還增加了電機(jī)峰值電流，在一定的換流能力下，諧波電流降低了逆變器的負(fù)載能力。對(duì)于變頻電機(jī)，如何在設(shè)計(jì)過程中采取合理措施避免或減小應(yīng)用變頻器所帶來的影響，以求得系統(tǒng)最佳經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果，是本文討論的重點(diǎn)。

二、變頻電機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

對(duì)于變頻電機(jī)，其設(shè)計(jì)必須與逆變器、機(jī)械傳動(dòng)裝置相匹配共同滿足傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械特性，如何從調(diào)速系統(tǒng)的總體性能指標(biāo)出發(fā)，求得電機(jī)與逆變器的最佳配合，是變頻電機(jī)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)理論依據(jù)交流電機(jī)設(shè)計(jì)理論，供電電源的非正弦以及全調(diào)速頻域內(nèi)達(dá)到滿意的綜合品質(zhì)因數(shù)是變頻電機(jī)設(shè)計(jì)中需要著重注意的兩個(gè)問題，設(shè)計(jì)中參數(shù)的選取應(yīng)做特別的考慮。與傳統(tǒng)異步電機(jī)相比，一般變頻電機(jī)設(shè)計(jì)有如下一些特點(diǎn)：

1.用于變頻調(diào)速的異步電動(dòng)機(jī)要求其工作頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)，所以設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)不能僅僅考慮某單一頻率下的運(yùn)行特性，而要求電機(jī)在較寬的頻率范圍內(nèi)工作時(shí)均有較好的運(yùn)行性能。如目前大多調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的工作頻率在5Hz~100Hz內(nèi)可調(diào)，設(shè)計(jì)時(shí)要全面考慮。

2.變頻電機(jī)在低速時(shí)降低供電頻率，可以把最大轉(zhuǎn)矩調(diào)到起動(dòng)點(diǎn)，獲得很好的起動(dòng)特性，因而在設(shè)計(jì)變頻電機(jī)時(shí)不需要對(duì)起動(dòng)性能作特別的考慮，轉(zhuǎn)子槽不必設(shè)計(jì)為深槽，從而可以重點(diǎn)進(jìn)行其它方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.變頻電機(jī)通過調(diào)節(jié)電壓和頻率，在每一個(gè)運(yùn)行點(diǎn)都可以有多種運(yùn)行方式，對(duì)應(yīng)多種不同的轉(zhuǎn)差頻率，因而總能找到最佳的轉(zhuǎn)差頻率，使電機(jī)的效率或功率因數(shù)在很寬的調(diào)速范圍內(nèi)都很高。因而，變頻電機(jī)的功率因數(shù)和效率可以設(shè)計(jì)得更高，功率密度得以進(jìn)一步提高?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)表明：在額定工作點(diǎn)，逆變器供電下的異步電機(jī)效率比普通電機(jī)高2%~3%，功率因數(shù)高10%~20%。

4.變頻電機(jī)采用變頻裝置供電，輸入電流中含有較多的高次諧波，產(chǎn)生電機(jī)局部放電和空間電荷，增大了介質(zhì)損耗發(fā)熱和電磁振動(dòng)力，加速了絕緣材料的老化，所以應(yīng)加強(qiáng)電機(jī)絕緣和提高整體機(jī)械強(qiáng)度，變頻電機(jī)的絕緣強(qiáng)度一般要達(dá)到F級(jí)以上。

5.變頻供電時(shí)產(chǎn)生的軸電壓和軸電流會(huì)使電機(jī)軸承失效，縮短軸承使用壽命，必須在設(shè)計(jì)上要加以考慮。對(duì)較小的軸電流，可以適當(dāng)增大電機(jī)氣隙和選用專用脂；另外，增加軸承的電氣絕緣或者將電機(jī)軸通過電刷接地，可以有效解決軸承損壞問題；對(duì)過高軸電壓，應(yīng)設(shè)法隔斷軸電流的回路，如采用陶瓷滾子軸承或?qū)崿F(xiàn)軸承室絕緣。同時(shí)，在逆變器輸出端增加濾波環(huán)節(jié)，降低脈沖電壓dU/dt也是一種有效的方法。

三、電磁設(shè)計(jì)

在普通異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上，為進(jìn)一步提高變頻調(diào)速電機(jī)的性能，對(duì)變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)也要進(jìn)行更加細(xì)致的考慮。滿足高性能要求時(shí)的變頻電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的變化與設(shè)計(jì)目標(biāo)之間的關(guān)系。在設(shè)計(jì)參數(shù)和性能要求之間還必須折衷選擇。電磁設(shè)計(jì)時(shí)不能僅限于計(jì)算某一個(gè)工作狀態(tài)，電磁參數(shù)的選取應(yīng)使每個(gè)頻率點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩參數(shù)滿足額定參數(shù)要求，最大發(fā)熱因數(shù)滿足溫升限值，最高磁參數(shù)滿足材料性能要求，最高頻率點(diǎn)滿足轉(zhuǎn)矩倍數(shù)要求，額定點(diǎn)效率、功率因數(shù)滿足額定要求。由于諧波磁勢(shì)是由諧波電流產(chǎn)生的，為減小變頻器輸出諧波對(duì)異步電動(dòng)機(jī)工作的影響，總之是限制諧波電流在一定范圍內(nèi)。

四、絕緣設(shè)計(jì)

電機(jī)運(yùn)行于逆變電源供電環(huán)境，其絕緣系統(tǒng)比正弦電壓和電流供電時(shí)承受更高的介電強(qiáng)度。與正弦電壓相比，變頻電機(jī)繞組線圈上的電應(yīng)力有兩個(gè)不同點(diǎn)：一是電壓在線圈上分布不均勻，在電機(jī)定子繞組的首端幾匝上承擔(dān)了約80%過電壓幅值，繞組首匝處承受的匝間電壓超過平均匝間電壓10倍以上。這是變頻電機(jī)通常發(fā)生繞組局部絕緣擊穿，特別是繞組首匝附近的匝間絕緣擊穿的原因。二是電壓(形狀、極性、電壓幅值)在匝間絕緣上的性質(zhì)有很大的差異，因此產(chǎn)生了過早的老化或破壞。變頻電機(jī)絕緣損壞是局部放電、介質(zhì)損耗發(fā)熱、空間電荷感應(yīng)、電磁激振和機(jī)械振動(dòng)等多種因素共同作用的結(jié)果。變頻電機(jī)從絕緣方面看應(yīng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)良好的耐沖擊電壓性能；(2)良好的耐局部放電性能；(3)良好的耐熱、

耐老化性能。

五、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，主要也是考慮非正弦電源特性對(duì)變頻電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)、振動(dòng)、噪聲冷卻方式等方面的影響，一般應(yīng)注意以下問題：

1.普通電機(jī)采用變頻器供電時(shí)，會(huì)使由電磁、機(jī)械、通風(fēng)等因素所引起的振動(dòng)和噪聲變得更加復(fù)雜。在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮電動(dòng)機(jī)構(gòu)件及整體的剛度，盡力提高其固有頻率，以避開與各次力波產(chǎn)生共振現(xiàn)象。

2.電機(jī)冷卻方式：變頻電機(jī)一般采用強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，即主電機(jī)散熱風(fēng)扇采用獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使其在低速時(shí)保持足夠的散熱風(fēng)量。

3.對(duì)恒功率變頻電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過3000r/min時(shí)，應(yīng)采用耐高溫的特殊脂，以補(bǔ)償軸承的溫度升高。

4.變頻電機(jī)承受較大的沖擊和脈振，電機(jī)在組裝后軸承要留有一定軸向竄動(dòng)量和徑向間隙，即選用較大游隙的軸承。

5.對(duì)于最大轉(zhuǎn)速較高的變頻電機(jī)，可在端環(huán)外側(cè)增加非磁性護(hù)環(huán)，以增加強(qiáng)度和剛度。

6.為配合變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制和提高控制精度，在電機(jī)內(nèi)部應(yīng)考慮裝設(shè)非接觸式轉(zhuǎn)速檢測(cè)器，一般選用增量型光電編碼器。

7.調(diào)速系統(tǒng)對(duì)傳動(dòng)裝置加速度有較高要求時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)較小，應(yīng)設(shè)計(jì)成長(zhǎng)徑比較大的結(jié)構(gòu)。

六、結(jié)論

與普通異步電動(dòng)機(jī)不同，變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)采用變頻器供電，其運(yùn)行性能與電機(jī)本體和調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都密切相關(guān)。這一方面使變頻調(diào)速電機(jī)的設(shè)計(jì)要同時(shí)兼顧電機(jī)本體和調(diào)速系統(tǒng)；另一方面也使得變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)變得靈活，但同時(shí)也增加了高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。只有結(jié)合變頻器和一定的控制策略，從整體上進(jìn)行電機(jī)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，才能獲得最理想的運(yùn)行性能。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳伯時(shí)，陳敏遜.交流調(diào)速系統(tǒng)(第2版).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

篇7

關(guān)鍵詞 交流異步電機(jī)；變級(jí)制動(dòng)；電磁制動(dòng)；整流電路

中圖分類號(hào)：TM343 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671—7597（2013）032-023-02

異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法主要有兩大類，即電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)。電氣制動(dòng)是使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)與原來轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩而迫使其迅速停止，常用的有反饋制動(dòng)，反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)等。機(jī)械制動(dòng)是采用機(jī)械制動(dòng)裝置來強(qiáng)迫電動(dòng)機(jī)迅速停止，一般采用直流電磁制動(dòng)。本文主要討論的是電磁制動(dòng)。

電磁制動(dòng)屬于失電制動(dòng)，也被稱為安全制動(dòng)，目前應(yīng)用廣泛。常用的電磁制動(dòng)采用不變直流電源有其弊端，現(xiàn)分析如下：

1）為使制動(dòng)器能連續(xù)工作，設(shè)計(jì)時(shí)就要減小電流，主要是控制銜鐵和電磁鐵間的工作間隙。因?yàn)殡娏骱凸ぷ鏖g隙的平方成正比， 所以工作間隙選的很小， 大約為1 mm左右， 較小的工作間隙給制造、調(diào)試帶來困難， 工作間隙稍有磨損其間隙變化率就很大， 所以需要經(jīng)常調(diào)整工作間隙。

2）在保持吸合狀態(tài)的工作時(shí)段，電流沒有減下來，為了避免勵(lì)磁線圈發(fā)熱，只能是多用些銅材和鋼材，既浪費(fèi)材料又浪費(fèi)電能，更重要的是，制動(dòng)器的工作電流大，儲(chǔ)存了較多的電磁能，斷電后銜鐵不能快速脫開制動(dòng)，制動(dòng)時(shí)間幾乎不合格。

為了克服上述不足，減少電路電流，降低儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能，使制動(dòng)器斷電后能快速脫開制動(dòng)， 節(jié)約電能和降低勵(lì)磁線圈溫升，本文設(shè)計(jì)了一種變級(jí)制動(dòng)控制電路，使直流電磁制動(dòng)器在不同的工作時(shí)段采用不同的制動(dòng)電流，以滿足電機(jī)啟停頻繁、迅速制動(dòng)的要求。

1 直流電磁制動(dòng)機(jī)構(gòu)

直流電磁制動(dòng)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在旋轉(zhuǎn)軸系上裝有制動(dòng)盤，在機(jī)殼上裝有只可以軸向滑動(dòng)，但不能轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦盤和通電線圈。制動(dòng)時(shí)，在線圈中通以一定的電流，電磁鐵產(chǎn)生足夠的電磁力，該電磁力使摩擦盤向下運(yùn)動(dòng)，與制動(dòng)盤摩擦，產(chǎn)生所需的制動(dòng)效果。起動(dòng)運(yùn)行時(shí)，回復(fù)電磁鐵先通電，電磁力使摩擦盤向上運(yùn)動(dòng)，摩擦盤與制動(dòng)盤脫離，并使回復(fù)電磁鐵處于氣隙最小的位置。該動(dòng)作完成后，軸系才可以加速旋轉(zhuǎn)?；貜?fù)電磁鐵的運(yùn)動(dòng)部分與摩擦盤剛性連接。采用兩個(gè)電磁鐵后，該部分的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)了完全電控，避免了采用機(jī)械彈簧支撐時(shí)存在的適配問題，該制動(dòng)過程由電磁線圈控制，線圈中有電流通過時(shí)，通過電磁鐵吸合機(jī)械制動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過抱緊電機(jī)軸產(chǎn)生較大阻力矩來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

2 變級(jí)控制電路

由于制動(dòng)系統(tǒng)開始制動(dòng)時(shí)所受阻力矩較大，因此要求線圈中有較大電流通過。一段時(shí)間后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩減小，制動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的制動(dòng)阻力矩也相應(yīng)減小，以減少機(jī)械磨損和能量消耗，因此電路線圈中只需很小的維持，這些通過相應(yīng)的控制電路來實(shí)現(xiàn)。

本文擬設(shè)計(jì)為橋式全波/半波可轉(zhuǎn)換整流電路，電磁制動(dòng)器啟動(dòng)瞬間，電路為全波整流電路，負(fù)載線圈兩端電壓較高，從而流過線圈電流較大，制動(dòng)器輸出阻力矩也較大。5 s后，由延時(shí)電路控制繼電器線圈得電，從而繼電器開關(guān)動(dòng)作，電路切換為半波整流電路。此時(shí)負(fù)載線圈兩端電壓為啟動(dòng)瞬間的一半左右，線圈中電流與制動(dòng)器輸出阻力矩也為啟動(dòng)瞬間的一半左右。

2.1 整流電路

目前常用的整流電路主要分為單（三）相半波可控整流電路，單（三）相橋式全控整流電路， 單（三）相全波可控整流電路和單（三）相橋式半波整流電路。

在理想狀況下，根據(jù)功率等效的原理，經(jīng)過積分計(jì)算后，全波整流得到的有效電壓值與電源電壓有效值相同，半波整流得到的有有效電壓值為電源有效電壓值的一半。

本次電機(jī)及制動(dòng)系統(tǒng)均接入380 V單相工業(yè)電源，因此本次控制電路根據(jù)單相整流相關(guān)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)。電源波形為正弦波。

380 V單相電源經(jīng)全波整流后，結(jié)合相關(guān)整流電路，電磁制動(dòng)器可得到380 V左右啟動(dòng)電壓；380 V單相電源經(jīng)半波整流后，電磁制動(dòng)器可得到全波整流一半左右制動(dòng)電壓。

此在開始制動(dòng)時(shí)候采用橋式全波整流，整流后波形如圖4所示。圖2中，虛線部分為全波整流后波形，實(shí)線部分為全波整流前波形。

圖2 全波整流后波形圖

5 s后，要求電路線圈中電流為開始制動(dòng)時(shí)電路線圈中的一半，此時(shí)可將電路切換成橋式半波整流電路，這個(gè)過程由計(jì)時(shí)器延時(shí)實(shí)現(xiàn)，5 s后繼電器開關(guān)動(dòng)作，電路變?yōu)闃蚴桨氩ㄕ麟娐贰蚴桨氩ㄕ麟娐吩韴D如圖3所示。整流后波形如圖4所示。

線圈電流為全波整流時(shí)線圈電流的一半，制動(dòng)器輸出制動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小。必須注意的是，開合直流線圈時(shí)產(chǎn)生的過電壓也容易擊穿整流元器件和勵(lì)磁線圈。所以，電路必須按照安全要求設(shè)計(jì)附加的過電壓保護(hù)與防擊穿保護(hù)等設(shè)置，以確保電路的性能。

2.2 延時(shí)電路

本文采用CD4541B可編程計(jì)時(shí)器實(shí)現(xiàn)5s的計(jì)時(shí)，CD4541B由一個(gè)16階二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，一個(gè)振蕩器，它由外部R-C部分（2個(gè)電阻器和一個(gè)電容器），一個(gè)自動(dòng)上電重置電路和輸出控制邏輯控制。正邊沿時(shí)鐘跳躍時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并且計(jì)數(shù)器可以通過MASTER RESET輸入重新設(shè)置。

根據(jù)計(jì)算，選定RTC的值為21.4 kΩ，CTC的值為0.1μf，則RS的值為RS=2RTC=42.8 kΩ。此時(shí)f = 1/（2.3RTCCTC）=203 Hz，計(jì)數(shù)周期T=1/f=0.00492 s，根據(jù)頻率選擇表當(dāng)A=0，B=1時(shí)，計(jì)數(shù)為1024，此時(shí)延時(shí)為0.00492s*1024=5.06 s。符合5 s的延時(shí)要求。

延時(shí)電路如圖5所示。

控制電路接通電源后，由于二極管D3的半波整流作用，晶閘管g端電壓不低于a端電壓，芯片CD4541B輸出低電平，k中無電流通過，因此晶閘管不導(dǎo)通，此時(shí)繼電器中線圈無電流通過，CD4541B芯片得電并開始計(jì)數(shù)，5 s后，輸出高電平，k中有電流通過，晶閘管導(dǎo)通，繼電器線圈中有電流通過，繼電器開關(guān)動(dòng)作。電路中，D1對(duì)電路起保護(hù)作用，電路電源斷開瞬間，繼電器線圈中感應(yīng)電壓很大，此時(shí)通過繼電器線圈與D1組成的回路釋放線圈中的電磁能，對(duì)整個(gè)電路起保護(hù)作用。

2.3 主控制電路

主控制電路的作用是進(jìn)行橋式全波/半波整流切換，通過繼電器開關(guān)控制，根據(jù)前面提到橋式全波與半波整流電路的相關(guān)特點(diǎn)，主電路設(shè)計(jì)如圖6所示。

端口1與斷口2接入交流電源，CJ為繼電器常閉開關(guān)，L為制動(dòng)器負(fù)載線圈。接通電源時(shí)，電路為橋式全波整流電路，制動(dòng)器線圈兩端得到有效值約為380 V的直流電壓，5s后，繼電器開關(guān)CJ斷開，電路轉(zhuǎn)換為橋式半波整流電路，制動(dòng)器線圈兩端得到有效值減半的直流半波電壓，相應(yīng)地，其線圈中電流減半。

圖6 控制電路主電路

電路中，R與RV為壓敏電阻，壓敏電阻是一種新型的過電壓保護(hù)元件，又稱VYJ浪涌吸收器，其系列型號(hào)為MY31。它是由氧化鋅、氧化鉛等燒結(jié)制成的非線性電阻元件，具有正反向相同的很陡的伏安特性。正常工作時(shí)漏電流極小（μA級(jí)），故損耗小，遇到浪涌電壓時(shí)反應(yīng)很快，可通過數(shù)千安培的放電電流IY。因此抑制過電壓的能力極強(qiáng)。在本電路中利用壓敏電阻這種特性對(duì)電路起保護(hù)作用，防止制動(dòng)器線圈在得電或失電瞬間產(chǎn)生很大過電壓損壞電路。

2.4 控制電路全圖

完整的控制電路如圖7所示，根據(jù)設(shè)計(jì)的制動(dòng)控制電路，制動(dòng)器的工作過程如下：電路接通電源后，由于芯片CD4541B輸出低電平，可控硅晶閘管管腳k中無電流通過，晶閘管不通，繼電器線圈中無電流通過，繼電器開關(guān)不動(dòng)作，保持閉合狀態(tài)。主電路為橋式全波整流電路，而此時(shí)延時(shí)電路開始計(jì)數(shù)，5 s后，芯片CD4541B輸出高電平，可控硅晶閘管管腳k中有電流通過，晶閘管導(dǎo)通，繼電器線圈得電，從而繼電器開關(guān)動(dòng)作，主電路轉(zhuǎn)換為橋式半波整流電路。此時(shí)制動(dòng)器線圈兩端電壓為制動(dòng)器啟動(dòng)電壓的一半，繼電器線圈電流及輸出阻力矩均減半。

3 總結(jié)

本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中的要求設(shè)計(jì)了一種異步電機(jī)變級(jí)制動(dòng)控制電路，通過相應(yīng)的整流電路來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)過程的控制，啟動(dòng)瞬間制動(dòng)電壓接近380 V，一段時(shí)間（5 s）后，制動(dòng)電壓降為原來一半左右，此時(shí)線圈中電流約為啟動(dòng)時(shí)線圈電流的一半。5 s延時(shí)通過相應(yīng)的延時(shí)電路來實(shí)現(xiàn)。電路并無復(fù)雜的反饋環(huán)節(jié)，滿足電機(jī)啟停頻繁、迅速制動(dòng)的要求。

參考文獻(xiàn)

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篇8

關(guān)鍵詞：無速度傳感器控制；轉(zhuǎn)矩響應(yīng)；直接轉(zhuǎn)矩控制；矢量控制

前言

在市場(chǎng)容量逐漸提升的過程中，國(guó)際范圍中各種產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈。在產(chǎn)品技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的過程中，直接轉(zhuǎn)矩控制成為了競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。在全面展示和挖掘DTC控制前提下，被廣泛宣傳的DTC技術(shù)特點(diǎn)就是其轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度高于VC，速度在1到3ms之間，所以能夠?qū)崿F(xiàn)無速度傳感器的調(diào)速控制，在速度為零時(shí)，達(dá)到滿負(fù)荷輸出的狀態(tài)。

1 對(duì)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的分析

通過使用DTC直接轉(zhuǎn)矩控制下的交流調(diào)速系統(tǒng)，相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度要明顯高于矢量控制。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩階躍響應(yīng)大概在1ms左右。矢量控制系統(tǒng)中，相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩階躍響應(yīng)在6到7ms之間。對(duì)于DTC的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)為什么比矢量控制更快，一般硭擔(dān)對(duì)于DTC這種控制系統(tǒng)，實(shí)際的定子轉(zhuǎn)矩都是由相應(yīng)的電機(jī)電壓以及實(shí)際電流來進(jìn)行計(jì)算的，為了達(dá)到相應(yīng)變頻器PWM控制的要求，使用了砰-砰控制的模式，在這種系統(tǒng)中，并沒有包含相應(yīng)的電流控制環(huán)路，因此相關(guān)人員對(duì)于控制系統(tǒng)的關(guān)注，不能放在電壓上，而需要放在電流方面，把實(shí)際的交流電流依據(jù)磁場(chǎng)的相應(yīng)坐標(biāo)軸，劃分成轉(zhuǎn)矩分量以及相應(yīng)的磁場(chǎng)分量，給予針對(duì)性的控制。要把關(guān)注點(diǎn)放到控制電流上，對(duì)于交流電機(jī)，如果想要加快轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，如果不改變磁鏈就需要，加快電流的變化，這就需要電壓產(chǎn)生快速的變化。對(duì)于矢量控制系統(tǒng)來世，有電流調(diào)節(jié)器來控制輸出電壓，所以對(duì)于電流的調(diào)節(jié)會(huì)產(chǎn)生一定的滯后。但是，當(dāng)前的適量控制系統(tǒng)中，可以通過調(diào)節(jié)和控制電流以及前饋電壓來產(chǎn)生輸出電壓，通過前饋電壓控制可以提升動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，而且可以通過精確計(jì)算模型來控制電壓輸出，不會(huì)產(chǎn)生過沖現(xiàn)象，而且電流處于受控范圍中。DTC因?yàn)槿狈﹄娏骺刂骗h(huán)路，所以電壓能夠產(chǎn)生過沖現(xiàn)象，所以電機(jī)的加速電流比較高，自然而然就能獲得較快的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)以及電流響應(yīng)。

DTC變頻器實(shí)際上具有極強(qiáng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，這是無可爭(zhēng)議的。我國(guó)著名的清華大學(xué)對(duì)電機(jī)的實(shí)際實(shí)驗(yàn)報(bào)告結(jié)果也肯定的證實(shí)了相應(yīng)的結(jié)論。如果真的對(duì)于轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的要求非常之高，比如交流伺服傳動(dòng)的情況或者機(jī)車牽引的情況，就可以應(yīng)用DTC技術(shù)。如果相應(yīng)的場(chǎng)合對(duì)于轉(zhuǎn)矩響應(yīng)只有比較低的要求，尤其是具有齒輪連接的傳動(dòng)情況，如果轉(zhuǎn)矩響應(yīng)太快，不僅無法帶來好處，還會(huì)產(chǎn)生負(fù)面效果。

2 變頻器的穩(wěn)態(tài)特征分析

DTC變頻器使用的是砰-砰控制，所以能夠獲得良好的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，但是因?yàn)檫@種變頻器的開關(guān)頻率并不確定，所以會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)的變化，通過分析可以得出DTC變頻器的幾個(gè)主要問題：第一，如果電子電力元器件情況相同，變頻器只有略小的輸出容量。第二，變頻器的效率相對(duì)較低。第三，變頻器的輸出電壓相對(duì)較低。第四，變頻器的電流諧波以及電壓較大。第五，客觀的分析，DTC的變頻器相比于矢量控制有著較大的區(qū)別，也就是難以在已經(jīng)確定了開關(guān)頻率的前提下，應(yīng)用消除諧波的PWM控制。

所以客觀地說，和VC這種形式相比較，DTC控制變頻器的實(shí)際穩(wěn)態(tài)指標(biāo)十分的差，因此，如果相應(yīng)的通用變頻器對(duì)于良好的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)沒有一定的要求，簡(jiǎn)單舉幾個(gè)例子：風(fēng)機(jī)的節(jié)能傳動(dòng)情況、水泵的節(jié)能傳動(dòng)情況以及工業(yè)上的機(jī)械傳動(dòng)情況，對(duì)于這些實(shí)際情況來講，實(shí)際的效率、容量利用率以及實(shí)際的變頻器諧波都是極為重要的。VC這種模式應(yīng)用意義比較高，優(yōu)勢(shì)十分明顯。

對(duì)于那些大中型的傳動(dòng)設(shè)備，如果相關(guān)人員選用了IGCT元件的高壓三電平變頻器，那么必然的需要關(guān)注變頻器的實(shí)際效率以及具體容量指標(biāo)。本文在表1中，就列出了使用VC或者DTC這兩種控制模式的實(shí)際IGCT高壓三電平變頻器技術(shù)的真實(shí)數(shù)據(jù)。

3 無速度傳感器的控制

在個(gè)別的產(chǎn)品銷售宣傳中，宣稱DTC技術(shù)的特點(diǎn)是，無速度傳感器控制DTC變頻器，在零速狀態(tài)達(dá)到滿負(fù)荷輸出，這種說法是不正確的。VC和DTC采用相同的交流電機(jī)設(shè)計(jì)模型，但是DTC并沒有無速度傳感器控制得相關(guān)專利技術(shù)內(nèi)容。對(duì)于無速度傳感器控制來說，屬于VC控制以及DTC控制中的相同研究題目?jī)?nèi)容。比如，魯爾大學(xué)的相關(guān)教授就曾在我國(guó)講學(xué)中強(qiáng)調(diào)，DTC變頻器并不具備較好的低速控制性能，所以為了改進(jìn)這種變頻器的低速性能，需要使用ISR這種間接的控制方式，這種控制方法的原理是使用電流和電壓依靠電機(jī)模型來得出了轉(zhuǎn)子磁鏈，并且使用轉(zhuǎn)子磁鏈控制實(shí)現(xiàn)對(duì)于DTC低速性能的補(bǔ)償。對(duì)于控制系統(tǒng)來說，在低速時(shí)使用ISR，速度提升之后才進(jìn)入到DTC狀態(tài)，所以說，是利用VC來實(shí)現(xiàn)DTC的低速控制的。

對(duì)于無速度傳感器來說，屬于交流電機(jī)調(diào)速控制研究中的重要內(nèi)容，也屬于我國(guó)相關(guān)學(xué)術(shù)界以及變頻器生產(chǎn)制造中的熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。我國(guó)各個(gè)高校投入了許多的研究精力，并且發(fā)表了較多的論文，但是我國(guó)對(duì)于無速度傳感器的實(shí)踐應(yīng)用和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的水平相差較大。我國(guó)的許多變頻器的水平都是在V/F控制階段，但是國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)把無速度傳感器控制做成了量產(chǎn)的產(chǎn)品。日本電器學(xué)會(huì)在2000年曾經(jīng)調(diào)查了各個(gè)大型的電氣企業(yè)的通用變頻器所使用的無速度傳感器。相關(guān)的無速度傳感器控制系統(tǒng)主要分成四種形式：第一，角速度計(jì)算方式。第二，MRAS模型參考自適應(yīng)法。第三，感應(yīng)電勢(shì)計(jì)算法。

4 結(jié)束語

綜上所述，在討論VC技術(shù)以及DTC技術(shù)的過程中，需要充分排除市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的商業(yè)因素，并且認(rèn)清相關(guān)技術(shù)的真實(shí)面目，加強(qiáng)對(duì)于VC以及DTC的實(shí)踐和理論探究，在對(duì)比VC以及DTC技術(shù)的缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)過程中，不僅需要明確適用的場(chǎng)合，還需要明確VC技術(shù)以及DTC技術(shù)探索中的問題，努力發(fā)展我國(guó)自主研發(fā)的交流電機(jī)調(diào)速控制技術(shù)，為后續(xù)的交流調(diào)速技術(shù)的實(shí)際工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)；這更為工礦企業(yè)特別是發(fā)電廠優(yōu)化變頻器選型改造提供了有益借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]陳虹，宮洵，胡云峰，等.汽車控制的研究現(xiàn)狀與展望[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2013（04）：65-66.

篇9

關(guān)鍵詞：兩相交流電機(jī)；變頻控制；改進(jìn)

隨著高性能變頻調(diào)速技術(shù)在感應(yīng)電機(jī)中應(yīng)用的越來越廣泛，使得感應(yīng)電機(jī)的調(diào)速性能有了很大的提高，高性能調(diào)速技術(shù)因此在兩相電機(jī)中的進(jìn)步也越來越快。兩相交流電機(jī)即將單相電機(jī)的運(yùn)行繞組、起動(dòng)繞組改為對(duì)稱的兩繞組和同時(shí)參與運(yùn)行。相對(duì)于單相電機(jī)，兩相交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩效率、能量密度方面都有了較大提高，調(diào)速性能也較好。傳統(tǒng)的單相電機(jī)，由于運(yùn)行電容的影響，在非額定情況下，其調(diào)速性能受到很大的影響，所以去除電容，將單相異步電機(jī)變?yōu)閮上喈惒诫姍C(jī)，并使它與電力電子技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行變頻調(diào)速技術(shù)的研究是當(dāng)今的主流。本文從兩相交流電機(jī)的特點(diǎn)與矢量控制入手，對(duì)兩相交流電機(jī)在SVPWM的實(shí)現(xiàn)方法作了介紹與討論，研究了兩相交流電機(jī)的控制策略，討論了兩相交流電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)與發(fā)展方向。

一、兩相交流電機(jī)的特點(diǎn)

兩相交流電機(jī)的副繞組上去掉了電容或電抗器，使得電機(jī)的兩相繞組對(duì)稱并且同時(shí)參與起動(dòng)和運(yùn)行工作。在運(yùn)用矢量控制時(shí)，由于兩相繞組對(duì)稱，能夠使電機(jī)產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。單相電機(jī)的副繞組上帶有分相電容，在等效電機(jī)模型中仍然帶有分相電容，而分相電容的參數(shù)與電機(jī)的轉(zhuǎn)速密切相關(guān)，因此在調(diào)速時(shí)單相電機(jī)的運(yùn)行性能會(huì)受到很大的影響。單相電機(jī)的副繞組只參與起動(dòng)而不參與運(yùn)行工作。單相電機(jī)的兩相繞組阻數(shù)不同，因此等效后的單相電機(jī)都有不對(duì)稱性，所以電機(jī)產(chǎn)生的磁場(chǎng)為橢圓形。在運(yùn)用矢量控制時(shí)，兩相電機(jī)與單相電機(jī)相比減少了對(duì)稱變換這一步驟，實(shí)現(xiàn)起來更方便。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外單相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的研究，是將單相電機(jī)看作兩相電機(jī)模型來進(jìn)行研究。在兩相電機(jī)的模型中，單相電機(jī)的主繞組和副繞組的工作方式與原來有較大的區(qū)別：副繞組不僅僅承擔(dān)電機(jī)起動(dòng)作用，而將參與到電機(jī)的整個(gè)運(yùn)行過程中；副繞組不再需要串電抗器或者電容器，而是采用變頻器給兩相電機(jī)的兩個(gè)繞組分別供電，獲得較小的起動(dòng)電流、較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較好的運(yùn)行性能，電機(jī)工作在變頻調(diào)速狀態(tài)下。從國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀來看，變頻調(diào)速技術(shù)是兩相電機(jī)調(diào)速控制的主要發(fā)展方向。

二、兩相交流電機(jī)矢量控制

交流電機(jī)是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、非線性的龐大系統(tǒng)。矢量控制主要是以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制的成功運(yùn)用使得交流異步電機(jī)變頻調(diào)速性能發(fā)揮出來，甚至超過直流電機(jī)的調(diào)速性能。使交流異步電機(jī)變頻調(diào)速在電機(jī)的調(diào)速領(lǐng)域里占有越來越重要的地位。兩相交流電機(jī)矢量控制原理為：將兩相交流電機(jī)的兩相定子交流電，經(jīng)坐標(biāo)變換后，分解為勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，通過對(duì)兩者的直接控制，求得類似與直流電機(jī)的控制量再經(jīng)坐標(biāo)反變換，求得交流電機(jī)控制量，通過設(shè)定控制量實(shí)現(xiàn)兩相交流電機(jī)的變頻調(diào)速控制。

矢量控制可分為轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制、定子磁場(chǎng)定向矢量控制和氣隙磁場(chǎng)定向矢量控制三種類型，其中定子磁場(chǎng)定向矢量控制與氣隙磁場(chǎng)定向矢量控制不能實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)矩電流之間的解耦，無法實(shí)現(xiàn)良好的轉(zhuǎn)矩控制，因此系統(tǒng)選用以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制。矢量控制要以以下三點(diǎn)為原則：一是忽略兩相交流電機(jī)的磁路飽和，可以認(rèn)為各相繞組的互感與自感都為線性。二是忽略鐵心的損耗。三是不考慮溫度和頻率的變化對(duì)兩相交流電機(jī)相關(guān)參數(shù)的影響。

三、兩相交流電機(jī)的空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）控制策略的實(shí)現(xiàn)

空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）技術(shù)是從電機(jī)的角度出發(fā)，其目的在于使電機(jī)產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)]，是根據(jù)逆變器空間電壓矢量的變換來控制逆變器的一種控制方法。最早是由日本學(xué)者提出的，目前已成功運(yùn)用于三相交流電機(jī)的控制當(dāng)中。是通過正弦電源供電使得交流電機(jī)產(chǎn)生理想的圓形磁鏈為目的。根據(jù)要求決定逆變器中開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，為使電機(jī)的實(shí)際的磁鏈能盡可能逼近理想的圓形軌跡，進(jìn)而產(chǎn)生PWM波形。SVPWM的特點(diǎn)是直流電壓利用率高，并且開關(guān)次數(shù)少，減少了開關(guān)損耗，進(jìn)而減小了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流電壓的諧波信號(hào)，便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。在電壓矢量合成時(shí)，給定電壓矢量是由其所在扇區(qū)的兩個(gè)相鄰基本電壓矢量合成，因此要計(jì)算作用在這兩個(gè)基本電壓上的時(shí)間。在確定基本電壓作用時(shí)間后，需要合理安排基本電壓空間矢量的作用順序。其順序的安排一般需要遵循盡可能減少開關(guān)管的關(guān)次數(shù)和相鄰電壓矢量的切換只能有一個(gè)橋臂的開關(guān)管動(dòng)作兩個(gè)原則。

四、磁場(chǎng)定向與解耦

在兩相交流電機(jī)的矢量控制中Park變換與Park反變換是必不可少的。Park變換的定義是在dq坐標(biāo)系下使d軸與轉(zhuǎn)子磁鏈重合，讓q軸超前d軸90度的電角度，并且使坐標(biāo)系在空間以同步角速度旋轉(zhuǎn)。這種坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)了將兩相靜止坐標(biāo)系向兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。定子電流的勵(lì)磁分量用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁鏈與轉(zhuǎn)矩分量無關(guān)。定子電流的勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量是解耦的。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁鏈保持不變時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩分量成比例，因此可以分別控制勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈。

五、兩相交流電機(jī)的變頻控制的發(fā)展趨勢(shì)

到目前為止，電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)研究主要集中在三相交流電機(jī)上，對(duì)于單相電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的研究較少，尤其是對(duì)兩相交流電機(jī)的研究。目前對(duì)單相電機(jī)變頻調(diào)速的研究，是將單相電機(jī)去掉副繞組上的電容器而看作兩相電機(jī)，副繞組不但參與啟動(dòng)工作而且參與運(yùn)行工作，電機(jī)采用變頻器供電，使得電機(jī)的起動(dòng)電流小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。從國(guó)外來看，兩相電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的研究是從上世紀(jì)90年代開始的，其研究?jī)?nèi)容主要包括兩相電機(jī)逆變器的結(jié)構(gòu)、逆變器的控制策略，以及電機(jī)的控制方法等方面。近幾年來，關(guān)于兩相電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的文章發(fā)表明顯增加，其中研究矢量控制用于單相異步電機(jī)，研究了無速度傳感器的單相異步電機(jī)矢量控制方面較多。兩相交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)研究在國(guó)內(nèi)開始的時(shí)間晚，研究的也較少。從總體來看，兩相交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上三相電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)，對(duì)兩相電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的研究目前還基本處于理論研究和實(shí)驗(yàn)開發(fā)階段。

兩相交流電機(jī)的變頻控制有很多地方還需要進(jìn)一步研究。一是仿真方面的完善：兩相交流電機(jī)的變頻控制系統(tǒng)往往只搭建了基于SVPWM控制兩相交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部的具體模塊沒有做更好的處理。比如說為了使仿真系統(tǒng)更接近實(shí)際系統(tǒng)可以增設(shè)IGBT的死區(qū)時(shí)間。增加對(duì)兩相交流電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)可以大大提高系統(tǒng)控制精度。二是硬件方面的完善：系統(tǒng)可以增加溫度保護(hù)電路，以免在運(yùn)行時(shí)溫度過高影響系統(tǒng)的可靠性。增加能耗制動(dòng)，可以避免在停機(jī)時(shí)因電流過大而燒壞元器件。三是軟件方面的完善：可以增加更多控制電機(jī)程序和按鈕，比如加速程序及按鈕，減少程序及按鈕。另外，由于兩相交流電機(jī)一般用于小功率、低成本的場(chǎng)合，研究無速度傳感器的電機(jī)控制技術(shù)，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本，提高兩相電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在應(yīng)用中的競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

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篇10

南通市2013屆高三第一次調(diào)研中，有一道含二極管的交流電路的選擇題，在答案公布后，教師間出現(xiàn)爭(zhēng)議或疑惑.筆者對(duì)此加以歸納、分析，與同行交流.

題目如圖1所示的電路中，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1n2=225，原線圈接u1=2202sin100πt (V)的交變電流，電阻R1=R2=25 Ω，D為理想二極管，則

A.電阻R1兩端的電壓為50 V

B.二極管的反向耐壓值應(yīng)大于502 V

C.原線圈的輸入功率為200 W

D.通過副線圈的電流為3 A

在答案公布后，D選項(xiàng)出現(xiàn)了爭(zhēng)議，有人認(rèn)為D是錯(cuò)誤的，典型解答有如下兩種：

【第一種解答】根據(jù)理想變壓器原、副線圈的電壓比等于其匝數(shù)之比，即U1U2=n1n2，可得副線圈兩端電壓的有效值U2=50 V，所以通過R1的電流為2 A，交變電流通過二極管后，由于二極管的單向?qū)щ娦?，使得通過R2的交變電流變?yōu)槿鐖D2所示的圖象.再根據(jù)交變電流有效值的定義可計(jì)算R2兩端電壓的有效值，

502R2×T2=U2RT,

所以U=252 V，從而得到IR2=2 A.

故可得通過副線圈的電流為

I2=IR1+IR2=(2+2) A.

【第二種解答】分時(shí)段計(jì)算：一個(gè)周期分兩時(shí)間段，假設(shè)前半個(gè)周期二極管導(dǎo)通，后半個(gè)周期二極管截止.

前半個(gè)周期，R1、R2并聯(lián)，總電流即通過副線圈的電流有效值為I1=4 A；后半個(gè)周期二極管截止，電路只有R1有電流，所以通過副線圈的電流有效值為I2=2 A.所以通過副線圈的交變電流如圖3所示.

根據(jù)有效值的計(jì)算方法有：

I21RT2+I22RT2=I2RT,

得到I=10 A.

分析交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的.讓交流和直流通過相同阻值的電阻，如果它們?cè)谙嗤臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流的數(shù)值叫做這一交流的有效值.第一種解答根據(jù)功率計(jì)算通過R2的電流，且通過R2的電流2 A是對(duì)的，但認(rèn)為通過R2的電流加上通過R1的電流就是通過副線圈的電流就錯(cuò)了.要計(jì)算通過副線圈的電流，要把二極管和電阻R2看成一個(gè)整體，電路結(jié)構(gòu)不同了，有效值也就不一樣了.第二種解答中，前、后半周期兩種電路的結(jié)構(gòu)不同了，不能用這樣的方法解答了.所以上述兩種結(jié)果是錯(cuò)的.出現(xiàn)這種錯(cuò)誤解答的原因是沒有對(duì)交變電流的有效值真正理解，即沒有掌握物理本質(zhì)，而是停留在套用公式、掌握題型的層次，這一現(xiàn)象必須引起我們物理教師在教學(xué)過程中的高度重視.其實(shí)D是正確的.

正確的解法：

方法一從總功率出發(fā).

因?yàn)閁2=50 V，所以R1的功率

PR1=U22/R1=100 W.

而R2的交變電流變?yōu)槿鐖D2所示的圖象，所以R2只有一半時(shí)間在工作，所以R2的功率

PR2=50 W,

因此變壓器的輸出功率

P2=PR1+PR2=150 W.

再根據(jù)P2=U2I2，可得I2=3 A.

方法二我們也可以這樣理解，電阻R2兩端的電壓有效值為25 V，通過R2的電流2 A.若把二極管和電阻R2看成一個(gè)整體，而此時(shí)它們兩端的電壓的有效值為50 V，所以整體電流有效值為

I′=50 W50 V=1 A,

即有副線圈的電流為I2=2 A+1 A=3 A.

拓展練習(xí)如圖4所示的電路中，D為二極管(正向電阻為零，反向電阻為無窮大)，R1=R2=4 Ω，R3=6 Ω，當(dāng)在AB間加上如圖5所示的交變電壓時(shí)，求1 s內(nèi)電阻R2、R3所消耗的電能分別是多少？

提示：由于二極管的單向?qū)щ娦?，將?huì)使R2上的電流為半波電流，故R2上電流的有效值為0.25 A，所以1 s內(nèi)R2所消耗的電能為0.25 J.