1國(guó)內(nèi)現(xiàn)生產(chǎn)的高壓大功率變頻器的方案及優(yōu)缺點(diǎn)

目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的高壓大功率變頻器中，以2種方案占主流:一種是功率單元串聯(lián)形成高壓的多重化技術(shù);另一種是采用高壓模塊的三電平結(jié)構(gòu)。而其他的采用高-低-高方案的，由于輸出升壓變壓器技術(shù)難度高，成本高，占地面積大，都已基本被淘汰。因此采用高-高方案是高壓大功率變頻器的主要發(fā)展方向。

而高-高方案又分為多重化技術(shù)(簡(jiǎn)稱CSML)和三電平(簡(jiǎn)稱NPC)方案，目前有的廠家生產(chǎn)的高壓大功率變頻器是采用的三電平方案，而大多數(shù)廠家則是采用低壓模塊、多單元串聯(lián)的多重化技術(shù)。這2種方案比較，各有優(yōu)缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在:

(1)器件

采用CSML方式，器件數(shù)量較多，但都是低壓器件，不但價(jià)格低，而且易購(gòu)置，更換方便。低壓器件的技術(shù)也較成熟。而NPC方案，采用器件少，但成本高，且購(gòu)置困難，維修不方便。

(2)均壓?jiǎn)栴}(包括靜態(tài)均壓和動(dòng)態(tài)均壓)

1引言

山東風(fēng)光電子有限公司是在多年研制中低壓變頻器的基礎(chǔ)上，綜合了國(guó)內(nèi)外高壓大功率變頻器的多種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，采用最優(yōu)方案研制成功的，并于2002年12月通過(guò)了省級(jí)科技成果及產(chǎn)品鑒定，成為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)高壓大功率變頻器的為數(shù)較少的幾個(gè)企業(yè)之一。

2國(guó)內(nèi)現(xiàn)生產(chǎn)的高壓大功率變頻器的方案及優(yōu)缺點(diǎn)

目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的高壓大功率變頻器中，以2種方案占主流:一種是功率單元串聯(lián)形成高壓的多重化技術(shù);另一種是采用高壓模塊的三電平結(jié)構(gòu)。而其他的采用高-低-高方案的，由于輸出升壓變壓器技術(shù)難度高，成本高，占地面積大，都已基本被淘汰。因此采用高-高方案是高壓大功率變頻器的主要發(fā)展方向。

而高-高方案又分為多重化技術(shù)(簡(jiǎn)稱CSML)和三電平(簡(jiǎn)稱NPC)方案，目前有的廠家生產(chǎn)的高壓大功率變頻器是采用的三電平方案，而大多數(shù)廠家則是采用低壓模塊、多單元串聯(lián)的多重化技術(shù)。這2種方案比較，各有優(yōu)缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在:

(1)器件

1引言

山東風(fēng)光電子有限公司是在多年研制中低壓變頻器的基礎(chǔ)上，綜合了國(guó)內(nèi)外高壓大功率變頻器的多種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，采用最優(yōu)方案研制成功的，并于2002年12月通過(guò)了省級(jí)科技成果及產(chǎn)品鑒定，成為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)高壓大功率變頻器的為數(shù)較少的幾個(gè)企業(yè)之一。

2國(guó)內(nèi)現(xiàn)生產(chǎn)的高壓大功率變頻器的方案及優(yōu)缺點(diǎn)

目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的高壓大功率變頻器中，以2種方案占主流:一種是功率單元串聯(lián)形成高壓的多重化技術(shù);另一種是采用高壓模塊的三電平結(jié)構(gòu)。而其他的采用高-低-高方案的，由于輸出升壓變壓器技術(shù)難度高，成本高，占地面積大，都已基本被淘汰。因此采用高-高方案是高壓大功率變頻器的主要發(fā)展方向。

而高-高方案又分為多重化技術(shù)(簡(jiǎn)稱CSML)和三電平(簡(jiǎn)稱NPC)方案，目前有的廠家生產(chǎn)的高壓大功率變頻器是采用的三電平方案，而大多數(shù)廠家則是采用低壓模塊、多單元串聯(lián)的多重化技術(shù)。這2種方案比較，各有優(yōu)缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在:

(1)器件

引言

山東風(fēng)光電子有限公司是在多年研制中低壓變頻器的基礎(chǔ)上，綜合了國(guó)內(nèi)外高壓大功率變頻器的多種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，采用最優(yōu)方案研制成功的，并于2002年12月通過(guò)了省級(jí)科技成果及產(chǎn)品鑒定，成為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)高壓大功率變頻器的為數(shù)較少的幾個(gè)企業(yè)之一。

2國(guó)內(nèi)現(xiàn)生產(chǎn)的高壓大功率變頻器的方案及優(yōu)缺點(diǎn)

目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的高壓大功率變頻器中，以2種方案占主流:一種是功率單元串聯(lián)形成高壓的多重化技術(shù);另一種是采用高壓模塊的三電平結(jié)構(gòu)。而其他的采用高-低-高方案的，由于輸出升壓變壓器技術(shù)難度高，成本高，占地面積大，都已基本被淘汰。因此采用高-高方案是高壓大功率變頻器的主要發(fā)展方向。

而高-高方案又分為多重化技術(shù)(簡(jiǎn)稱CSML)和三電平(簡(jiǎn)稱NPC)方案，目前有的廠家生產(chǎn)的高壓大功率變頻器是采用的三電平方案，而大多數(shù)廠家則是采用低壓模塊、多單元串聯(lián)的多重化技術(shù)。這2種方案比較，各有優(yōu)缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在:

(1)器件

摘要：闡述了高壓大功率變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的發(fā)展，同時(shí)對(duì)它們進(jìn)行了分析和比較，指出各自的優(yōu)缺點(diǎn)，其中重點(diǎn)介紹了級(jí)聯(lián)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并給出了仿真波形。

關(guān)鍵詞：多電平變換器；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；高壓大功率

引言

變頻調(diào)速技術(shù)的飛速發(fā)展為變頻器性能的提高提供了技術(shù)保障，而環(huán)保和節(jié)能的客觀需要，又為變頻器在生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了發(fā)展空間，但是，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，小容量變頻器已越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)和生活的需要。目前，我國(guó)采用的變頻調(diào)速裝置基本上都是低壓的，即電壓為380～690V，而在節(jié)能方面起著更主要作用的高電壓大容量變頻器在我國(guó)尚處于起步階段。是什么原因阻礙了高壓大功率變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用呢？主要原因一是大容量（200kW以上）電動(dòng)機(jī)的供電電壓高（6kV或者10kV），而電力電子器件的耐壓等級(jí)和所承受的電流的限制，造成了電壓匹配上的困難；二是高壓大功率變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)含量高，難度大，成本高，而一般的風(fēng)機(jī)、水泵等節(jié)能改造項(xiàng)目都希望低投入、高回報(bào)，較少考慮社會(huì)效益和綜合經(jīng)濟(jì)效益。這兩個(gè)原因使得高壓變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和推廣受到了限制，因此，提高電力電子變流裝置的功率容量，降低成本，改善其輸出性能是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的重要發(fā)展方向之一，也是當(dāng)前世界各國(guó)相關(guān)行業(yè)競(jìng)相關(guān)注的熱點(diǎn)，為此，國(guó)內(nèi)外各變頻器生產(chǎn)廠商八仙過(guò)海，各有高招，雖然其主電路結(jié)構(gòu)不盡一致，但都較為成功地解決了高壓大容量這一難題[5]。

1大功率電力電子變流裝置的拓?fù)鋵W(xué)進(jìn)展[3]

近年來(lái)，各種高壓變頻器不斷出現(xiàn)，可是到目前為止，高壓變頻器還沒(méi)有像低壓變頻器那樣具有近乎統(tǒng)一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)高壓組成方式，可分為直接高壓型和高—低—高型；根據(jù)有無(wú)中間直流環(huán)節(jié)，可以分為交—交變頻器和交—直—交變頻器。在交—直—交變頻器中，根據(jù)中間直流濾波環(huán)節(jié)的不同，又可分為電壓源型(也稱電壓型)和電流源型(也稱電流型)。高—低—高型變頻器采用變壓器實(shí)行降壓輸入、升壓輸出的方式，其實(shí)質(zhì)上還是低壓變頻器，只不過(guò)從電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)兩端來(lái)看是高壓的，這是受到功率器件電壓等級(jí)限制而采取的變通辦法。由于需要輸入、輸出變壓器，而存在中間低壓環(huán)節(jié)電流大、效率低、可靠性下降、占地面積大等缺點(diǎn)，只用于一些小容量高壓電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單調(diào)速。常規(guī)的交—交變頻器由于受到輸出最高頻率的限制，只用在一些低速、大容量的特殊場(chǎng)合。

摘要:文章以潞安化工集團(tuán)古城礦鮑店風(fēng)井大功率主通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)選型為例，就變頻拖動(dòng)方案中的關(guān)鍵技術(shù)，如應(yīng)對(duì)雷雨季節(jié)電網(wǎng)波動(dòng)、風(fēng)機(jī)平穩(wěn)調(diào)速、諧波影響、控制電機(jī)反轉(zhuǎn)、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，提出針對(duì)性的技術(shù)方案及系統(tǒng)配置要求，對(duì)主通風(fēng)機(jī)選擇變頻控制型式的礦井具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞:大功率;變頻拖動(dòng);變頻器;電網(wǎng)波動(dòng)

礦井通風(fēng)機(jī)是礦山的重大安全設(shè)備之一，通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，直接關(guān)系到礦井的正常安全生產(chǎn)和人員的生命安全。為了解決風(fēng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程沖擊電網(wǎng)、雷雨天氣電壓大幅波動(dòng)以及故障狀態(tài)快速切換風(fēng)機(jī)等問(wèn)題，2009年始，潞安化工集團(tuán)就以下屬礦井常村礦中央軸流式及高壓變頻技術(shù)研制與應(yīng)用項(xiàng)目為依托，歷時(shí)15個(gè)月，順利實(shí)現(xiàn)了大功率主通風(fēng)機(jī)變頻集控閉環(huán)節(jié)能高效運(yùn)轉(zhuǎn)，取得了5方面成效:①避免因電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起風(fēng)機(jī)故障停機(jī)、瓦斯超限事故;②風(fēng)機(jī)切換時(shí)間從原先的10min大幅減小到3min，反風(fēng)時(shí)間減少到5min;③使大馬拉小車(chē)的礦井主通風(fēng)機(jī)節(jié)能運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)效率不低于90%，功率因數(shù)0．99;④啟動(dòng)電流變化為線性變化，徹底解決大啟動(dòng)電流沖擊電網(wǎng)問(wèn)題;⑤電動(dòng)機(jī)在低頻下運(yùn)行，噪音為70dB。潞安化工集團(tuán)開(kāi)始大規(guī)模對(duì)直接啟動(dòng)或頻敏電阻、水電阻等軟啟方式的主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，并積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)調(diào)研，潞安化工集團(tuán)的主通風(fēng)機(jī)變頻控制覆蓋率位于全國(guó)煤企前列。文章以古城礦鮑店風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)建設(shè)項(xiàng)目為例，對(duì)變頻控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)方案及配置要求進(jìn)行詳細(xì)的介紹與分析。

1大功率主通風(fēng)機(jī)項(xiàng)目概況

古城礦采用分區(qū)式通風(fēng)，機(jī)械式通風(fēng)方法?，F(xiàn)投運(yùn)的主通風(fēng)機(jī)有中央主通風(fēng)機(jī)和桃園主通風(fēng)機(jī)，其中:中央風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)選用沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究所風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的2臺(tái)的AGF606－4．0－2．4－2型軸流式通風(fēng)機(jī)(配套電機(jī)功率4000kW)，擔(dān)負(fù)北一、北二和北三盤(pán)區(qū)的通風(fēng)任務(wù);桃園風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)選用沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究所風(fēng)機(jī)廠2臺(tái)AGF606－4．0－2．2－2型軸流式通風(fēng)機(jī)(配套電機(jī)功率2800kW)，擔(dān)負(fù)南一、南二和南三盤(pán)區(qū)的通風(fēng)任務(wù)。本文案例項(xiàng)目為鮑店風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)建設(shè)，由鮑店進(jìn)風(fēng)立井進(jìn)風(fēng)，鮑店回風(fēng)立井回風(fēng)，進(jìn)、回風(fēng)立井井筒直徑均為8．0m。前期為北二盤(pán)區(qū)服務(wù)，后期為北四盤(pán)區(qū)服務(wù)，預(yù)計(jì)2023年投運(yùn)。擬選用抽出式軸流通風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)直徑≥3．8m，電機(jī)功率≥4500kW，采用變頻控制技術(shù)，并具備無(wú)人值守功能。

2變頻拖動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

摘要：峰值功率跟蹤器(MPPT)的功能是提高太陽(yáng)能電池的輸出功率，使太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)工作在最大輸出功率點(diǎn)。介紹了用于清華大學(xué)“追日號(hào)”太陽(yáng)能電動(dòng)賽車(chē)的MPPT的基本組成和控制策略。該MPPT采用BuckDC／DC轉(zhuǎn)換器，將Philips公司的80C552微處理器作為MPPT的中央控制單元(ECU)，應(yīng)用窮舉法和成功失敗法兩種直接優(yōu)化方法對(duì)太陽(yáng)能電池陣列最大功率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)跟蹤。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能車(chē)MPPT

太陽(yáng)能賽車(chē)是利用太陽(yáng)能電池發(fā)電驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車(chē)。太陽(yáng)能電動(dòng)賽車(chē)的電器系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

MPPT(MaximumPowerPointTracker)即峰值功率跟蹤器，是太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)中的重要部件。眾所周知，在確定的外部條件下，隨著負(fù)載的變化，太陽(yáng)能電池陣列輸出功率也會(huì)變化，但是存在一個(gè)最大功率點(diǎn)Pm以及與最大功率點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的電壓UMp和電流IMD。當(dāng)工作環(huán)境變化時(shí)，特別是日光照度和環(huán)境溫度變化時(shí)，太陽(yáng)能電池陣列的輸出特性曲線也隨之變化，與之相對(duì)應(yīng)的最大功率點(diǎn)也隨之改變，如圖2所示。通常來(lái)講，太陽(yáng)能電池輸出特性曲線的變化與日光照度的變化是成比例的[1]。但在實(shí)際應(yīng)用中，日光照度的變化再加上工作溫度的變化，使得太陽(yáng)能電池輸出特性的變化很復(fù)雜。

在太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中沒(méi)有采用MPPT，而是直接把太陽(yáng)能電池陣列與蓄電池并聯(lián)工作時(shí)，由于陣列的輸出狀態(tài)受到電池、電機(jī)工作狀態(tài)的限制，輸出功率往往不在陣列的最大功率點(diǎn)。MPPT的作用是使太陽(yáng)能電池陣列工作在最大輸出功率點(diǎn)。它是高效率的DC／DC變換器，相當(dāng)于太陽(yáng)能電池輸出端的阻抗變換器。MPPT是太陽(yáng)能車(chē)、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)、太陽(yáng)能水泵上常用的功率提升部件。MPPT能使太陽(yáng)能電池陣列的輸出功率增加約15％～36％[2]。

1太陽(yáng)能賽車(chē)的MPPT方案設(shè)計(jì)

1檢測(cè)方法概述

1.1復(fù)核及優(yōu)化帷幕灌漿底線

傳統(tǒng)的壓水試驗(yàn)分單塞和雙塞兩種方由于傳統(tǒng)的雙塞法在封堵上存在封堵不嚴(yán)或易造成卡孔事故，一般采用單塞的方法。單塞壓水試驗(yàn)是在鉆孔過(guò)程中，鉆到一定的深度后，用塞球封堵在某特定位置，利用鉆機(jī)的重量讓塞球變形達(dá)到封閉塞球與鉆孔底段的目的，從而利用相應(yīng)的壓力計(jì)、流量計(jì)進(jìn)行測(cè)試。為了減少對(duì)鉆孔施工的影響，本程中的壓水試驗(yàn)采用了改進(jìn)的雙塞壓水試驗(yàn)的方法，即鉆孔一次成形，利用油泵對(duì)特定長(zhǎng)度的兩段塞子進(jìn)行加壓讓塞球變形達(dá)到封閉的目的，再利用壓力計(jì)和流量計(jì)對(duì)該段的圖3灌前大功率聲波CT成果圖圖4灌后大功率聲波CT成果圖圖5灌漿效果好的鉆孔錄像成果圖滲透率進(jìn)行測(cè)試，該方法不依賴鉆機(jī)，也不對(duì)鉆孔施工造成影響，提高了測(cè)試效率與精度。圖1為鉆孔壓水試驗(yàn)成果圖，根據(jù)規(guī)范要求解釋試驗(yàn)成果圖對(duì)巖體滲透性進(jìn)行分類。同時(shí)結(jié)合設(shè)計(jì)給出的防滲標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)比設(shè)計(jì)底線發(fā)現(xiàn)小樁號(hào)端底部巖體屬于微透水區(qū)，該部位底線可抬升；而大樁號(hào)巖原底線下部巖體的透水率值大多在5Lu以上，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為保證工程質(zhì)量，則建議該部位的防滲帷幕底線下調(diào)(圖1）。

在0+30、0+54位置完成了預(yù)定深度的鉆孔，并進(jìn)行了鉆孔大功率聲波CT檢測(cè)。大功率聲波成果圖見(jiàn)圖3。從大功率聲波成果圖上可以看出，鉆孔深度60m以上，巖體波速較高，反映出巖體完整；鉆孔深度60～70m間存在2000～2800m/s的低波速區(qū)，解釋為砂層分布區(qū)，分布形態(tài)上看，小樁號(hào)端較厚，大樁號(hào)端較薄。由于砂層埋深深、規(guī)模大，對(duì)工程影響大，屬不良地質(zhì)體，為保證工程質(zhì)量，最后確定的處理方案是先對(duì)砂層段進(jìn)行高噴處理、再進(jìn)行細(xì)磨細(xì)水泥灌漿、最后根據(jù)檢測(cè)情況確定是否進(jìn)行化學(xué)灌漿處理。

1.2巖溶灌后檢測(cè)

施工方完成高噴灌漿后，我方利用鉆孔壓水、鉆孔全景錄像、大功率聲波CT對(duì)灌漿效果進(jìn)行檢測(cè)，得到如下結(jié)果：(1)鉆孔壓水試驗(yàn)成果反映：經(jīng)高噴灌漿處理后，檢測(cè)鉆孔的透水率大多數(shù)小于1.0Lu，說(shuō)明采用高噴灌漿處理的效果良好的。(2)大功率聲波CT成果參見(jiàn)圖4，通過(guò)成果圖可以看出砂層區(qū)域的波速大幅提高，高于3.4km/s，低速范圍縮小，反映了高噴灌漿的效果良好。(3)鉆孔全景錄像成果參看圖5，其中發(fā)現(xiàn)不良灌注孔，全部進(jìn)行處理，達(dá)到了控制施工質(zhì)量的目標(biāo)。

基于直流對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的使用需求，各大半導(dǎo)體廠商專門(mén)針對(duì)工業(yè)企業(yè)對(duì)直流電機(jī)的使用需求，推出了直流電機(jī)控制專用的集成電路，共同構(gòu)成了集成電路控制系統(tǒng)，該種電路控制系統(tǒng)自身具有集成化效果好、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、外圍元減少，使用便捷等特點(diǎn)。另外，該電路在使用過(guò)程中也存在一定的缺點(diǎn)，輸出的功率相對(duì)較為有限，無(wú)法滿足大功率直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需求。本文針對(duì)驅(qū)動(dòng)電路存在的不足，專門(mén)設(shè)計(jì)了大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，提升了驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)效果。

1大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

1.1總體結(jié)構(gòu)

大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖1所示：從圖1中的總體結(jié)構(gòu)能夠看出電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路在控制信號(hào)方面具有重要作用，主要的控制信號(hào)包括電機(jī)轉(zhuǎn)向控制（DIR）及電機(jī)轉(zhuǎn)速控制（PWM）兩種。Vcc1是驅(qū)動(dòng)邏輯電路中的部分電源，能夠?yàn)轵?qū)動(dòng)電路提供電源，Vcc2、Vcc3也是驅(qū)動(dòng)邏輯電路中的重要組成部分，在為大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行供電時(shí)，主要是采用雙電源供電方式。M+、M-作為直流電機(jī)的接口[1]。大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路在供電過(guò)程中，為了取得良好的供電效果，需要將驅(qū)動(dòng)電路電氣與控制電路電氣隔離開(kāi)來(lái)，避免驅(qū)動(dòng)電路在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)其他電路的運(yùn)行效果造成較大的影響，避免電路運(yùn)行過(guò)程中遭受到其他電路的干擾，給系統(tǒng)的邏輯預(yù)算造成較大的影響。加大對(duì)邏輯信號(hào)的控制和使用，充分利用信號(hào)來(lái)提升光電隔離效果，放大邏輯信號(hào)的作用，充分利用控制電路與驅(qū)動(dòng)電路的作用，來(lái)驅(qū)動(dòng)H橋上的下臂，在驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，以完成對(duì)驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)的控制[2]。

1.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)邏輯電路分析

在對(duì)驅(qū)動(dòng)電路圖進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要嚴(yán)格按照電器隔離的要求級(jí)Power MOSFET特性要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合當(dāng)前工業(yè)行業(yè)對(duì)電路的使用要求，設(shè)計(jì)出了一款大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路在實(shí)際的使用過(guò)程中，需要確保MCU端和電路輸入端進(jìn)行有效的連接，所設(shè)置的輸入信號(hào)主要包括DIR信號(hào)和PWM信號(hào)兩種。其中DIR信號(hào)主要是指數(shù)字信號(hào)，通常為0或1。而PMN信號(hào)為脈寬調(diào)制信號(hào)，被廣泛應(yīng)用與電機(jī)轉(zhuǎn)速控制中，需要確保兩種信號(hào)的有機(jī)連接，以此來(lái)提升信號(hào)控制效果，滿足工業(yè)企業(yè)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)邏輯電路的使用需求。通常電機(jī)驅(qū)動(dòng)邏輯電路由 電機(jī)驅(qū)動(dòng)邏輯電路、光電隔離和驅(qū)動(dòng)放大器電路及H橋功率驅(qū)動(dòng)電路共同組成[3]。電機(jī)驅(qū)動(dòng)邏輯電路如圖2所示，控制信號(hào)PWM和DIR是電機(jī)驅(qū)動(dòng)邏輯電路中的重要組成部分，主要用來(lái)收集MCU端送來(lái)的控制信號(hào)，信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)與門(mén)氣74LS08和反向器74LS04運(yùn)算后，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光電隔離器的再驅(qū)動(dòng)。將DIR作為方向控制信號(hào)，在輸入信號(hào)時(shí)需要輸入DOR2，將DIR1和轉(zhuǎn)速控制信號(hào)PWM，通過(guò)74LS08進(jìn)行預(yù)算，以得到轉(zhuǎn)速控制信號(hào)PWM2。需要確保PWM相遇DIR2轉(zhuǎn)速信號(hào)相運(yùn)算后，以此來(lái)得到轉(zhuǎn)速信號(hào)PWM1，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行控制時(shí)，主要分為兩組對(duì)信號(hào)進(jìn)行控制，將PWM1和DIR1作為一組，將PWM2和DIR2作為二組。PWM1和PWM2主要是用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而DIR1和DIR2主要是運(yùn)用控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)向[4]。待DIR1為1時(shí)，DIR2為0時(shí)，在對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)情況進(jìn)行記錄時(shí)，運(yùn)算器74LS08需要分別于PWM相乘，從相乘后的結(jié)果能夠看出，PWM2計(jì)算所得的波形與PWM的波形相一致，說(shuō)明兩者的輸出信號(hào)一致。如果DIR1為0時(shí)，DIR2為1時(shí)，說(shuō)明PWM1與PWM兩者具有一致的波形信號(hào)。通過(guò)以上對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)邏輯電路進(jìn)行分析的過(guò)程，能夠看出DIR1、PWM1，DIR2、PWM2兩組信號(hào)在邏輯運(yùn)算中，有助于驅(qū)動(dòng)廣電隔離電路，對(duì)提升廣電隔離電路使用效果具有重要作[5]。

摘要：推板式造波機(jī)的主要原理是，通過(guò)一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使造波板沿著直線導(dǎo)軌進(jìn)行周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng)，目的在于推動(dòng)水體變化，產(chǎn)生波浪。對(duì)推板式造波機(jī)的的造波機(jī)工作原理、總體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、推波板的設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，并進(jìn)行了推波板的最大行程計(jì)算、推波板的最大運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算、造波板承受的最大負(fù)載力計(jì)算。對(duì)推板式造波機(jī)最大功率計(jì)算等參數(shù)的確認(rèn)過(guò)程展開(kāi)分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：推板式造波機(jī)；機(jī)械結(jié)構(gòu)；推波板最大行程；最大運(yùn)動(dòng)速度

造波機(jī)作為一種重要的實(shí)驗(yàn)室裝置，能夠根據(jù)目標(biāo)人物生成符合要求的波浪，包含規(guī)則波、不規(guī)則波、二維波、三維波以及有特殊要求的波，在船舶、港口、海岸及海洋工程等領(lǐng)域占有重要的位置。

1推板式造波機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)總體方案

1.1造波機(jī)及推板式造波機(jī)生成波浪的原理簡(jiǎn)述。目前，世界范圍內(nèi)對(duì)造波機(jī)的分類方式擁有多種標(biāo)準(zhǔn)，但業(yè)內(nèi)人士通常根據(jù)造波機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，將之分為電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)共三種類型。如果按照造波機(jī)與水體互相作用的實(shí)際情況進(jìn)行分類，造波機(jī)可被分為氣壓式造波機(jī)與機(jī)械式造波機(jī)兩個(gè)大類。一般來(lái)說(shuō)，氣壓式造波機(jī)的工作原理是通過(guò)改變空氣壓力的方式，迫使水體形態(tài)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生波浪。但此種方式由于空氣壓縮性變化范圍不夠穩(wěn)定，因此生成波浪的精度不足，且無(wú)法承受超出一定范圍的負(fù)載。因此，只能應(yīng)用于低負(fù)載的實(shí)驗(yàn)。機(jī)械式造波機(jī)的工作原理為經(jīng)過(guò)系統(tǒng)性、機(jī)械性的設(shè)計(jì)之后，將一部分機(jī)械部件設(shè)置成“可動(dòng)”狀態(tài)之后，通過(guò)該類機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)使水體狀態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生波浪。屬于機(jī)械式造波機(jī)的主流類別為搖擺式造波機(jī)、推板式造波機(jī)、沖箱式造波機(jī)、轉(zhuǎn)筒式造波機(jī)。其中，推板式造波機(jī)的工作原理為引入造波板，將之放置在特定的機(jī)械結(jié)構(gòu)及直線導(dǎo)軌中，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)端智能控制，當(dāng)機(jī)械機(jī)構(gòu)發(fā)生變動(dòng)時(shí)，造波板也會(huì)沿著直線導(dǎo)軌進(jìn)行周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng)，從而周期性地形成波浪。在此過(guò)程中，造波板在每個(gè)周期中能夠行進(jìn)的最大距離和運(yùn)行的速度，是決定波浪最大高度的主要因素，而造波板完整行進(jìn)一個(gè)周期的時(shí)間（即造波板的運(yùn)動(dòng)頻率），從根本上決定波浪的生成時(shí)間。1.2推板式造波機(jī)總體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。水槽推板式造波機(jī)是推板式造波機(jī)中的一種常見(jiàn)類型。一般情況下，水槽推板式造波機(jī)的總體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案應(yīng)該滿足如下條件：①完整的機(jī)械系統(tǒng)。包含機(jī)械結(jié)構(gòu)（使造/推波板有序行進(jìn)的系機(jī)械系統(tǒng)，包含導(dǎo)軌及其他材料、設(shè)備）、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（使推板式造波機(jī)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置，可外接）、控制系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)總控端，設(shè)計(jì)人員將有關(guān)參數(shù)確認(rèn)完畢之后，將之編寫(xiě)成智能控制程序，之后根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)或其他任務(wù)的特定需求，對(duì)推波板的形成、速度等進(jìn)行設(shè)定）。上述三項(xiàng)內(nèi)容為水槽推波板式造波機(jī)的核心架構(gòu)，少了任何一項(xiàng)，造波機(jī)都不可能正常開(kāi)展工作。②推波板造波機(jī)必須依賴推波板進(jìn)行往復(fù)式的直線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生波浪，因此推波板造波機(jī)的機(jī)械機(jī)構(gòu)中必須含有交流伺服電機(jī)軸。此種裝置的存在目的是，能夠在自身轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，帶動(dòng)滾珠絲杠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在絲杠螺母的作用下，使推波板維持反復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)SolidWorks軟件進(jìn)行建模分析后發(fā)現(xiàn)，完整的推波板造波機(jī)總體機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)該包含如下裝置：地板、交流伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、支撐座裝置、滾珠絲杠、U形梁、螺母、滑臺(tái)機(jī)構(gòu)、滑臺(tái)支架、推波板、推波板支承系統(tǒng)（如果是簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，只需設(shè)置簡(jiǎn)易的支架即可）[1]。

2推板式造波機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算確認(rèn)