变频调速教材

1、 第一章 概述岸桥、场桥属于集装箱专用起重设备，与其它起重机一样，其工作方式及负载都有一定的特殊性。其工作负载主要是针对起升机构的吊具及吊具下的集装箱。其工作特点如下：一. 负载特性有两个特点： 直上直下，因此是一个位能性负载。当吊某个箱时，此工作循环内负载恒定，在任何转速下负载转矩总是保持恒定，而且负载转矩的方向不随电机的正反向而改变； 负载的最高有效率是50%，即一个完整的工作循环内有一半的时间是空吊具运行，即使是在带箱的时候，也不都是满负荷起吊额定负载。为了提高生产效率，以及充分利用电动机的功率，通常在轻载时把速度提高，使转速与负载转矩成反比，行成恒功率调速模式。恒功率控制也只是在一定范

2、围内而言的，当负载很低时，受机构机械强度和电气系统特性的限制，转速不可能无限增大。一般恒功率调速范围在额定速度的22.5倍。二. 起升机构和小车机构都是短时间隔的重复连续工作制，既对箱、吊箱、运行、对箱，周期性地起动停止或加减速，间隔很短。这样要求传动系统具有良好的调速性能。除了要有足够的起制动转矩和电机热功率之外，还要考虑转矩和速度的快速响应和电机的良好散热通风。三. 起升机构下放的过程是一个势能转换成电能的过程，此时电动机处于发电状态；各机构电气减速过程中电机也处于发电状态。如何吸收这部分能量，目前有两种方法：把该能量通过可逆的三相可控桥回馈给电网，或利用能耗(制动)电阻消耗掉。针对场桥、

3、岸桥如上所述的载荷特性，以前只有直流驱动能满足要求。到二十世纪九十年代，随着半导体技术的发展，大功率的开关元件如IGBT的产生，以及计算机技术在调速系统中的应用和发展，使交流调速可通过微处理器及IGBT实现矢量控制的变频调速。从而使交流变频调速开始用于位势负载，并有取代直流驱动之势。下面分述直流驱动和交流驱动的优缺点。 直流驱动1. 直流驱动的调速性能好，易实现基速下的恒磁通变电枢电压的调压调速，以及基速上的弱磁恒功率调速；2. 起动转矩大，动态响应好，有良好的起制动特性。这对于操作及安全生产有很好的帮助；3. 重物下放时势能转化为电能后易回馈给电网，系统效率高，节省了能源。这都是为什么首先在

4、场桥、岸桥上使用直流驱动的原因。但直流驱动还存在以下缺点:1. 与交流电动机相比，直流电动机结构复杂，价格高，维护工作量大，碳刷消耗成本高；2. 为改善换向器的换向条件，要求直流电机电枢漏感小，电机转子短粗，因而造成飞轮矩大，限制了最高弱磁转速和速度响应时间；3. 谐波分量大，功率因数较低。在高要求场合要增加谐波吸收及功率因数补偿装置。 交流驱动与直流电机相比,交流电机具有许多优点：1. 无碳刷，无换向器(（流子），维护保养工作量小，运行成本低；2. 转子转动惯量小，因此电机速度响应好，最高速度可比直流电机高；3. 电机可制成全封闭型,耐恶劣环境性能好。交流驱动除电机本身的优势外，还有以下优点

5、：1. 由于使用PWM（正弦脉宽调制）控制方式，从进线处看，功率因数基本上接近1；2. 具有较小的谐波电流，在进线处可不增加谐波滤波装置。第二章 直流调速系统一直流电动机直流驱动系统的控制对象为直流电动机，下面简单介绍桥吊上用的最多的它励直流电机的特性。1机械特性它励直流电动机的电路原理图如下所示。UIaM,nRRaEaRfIfrUf图中U为电枢的电源电压；Ia电枢电流；Ea电枢反电势；Ra电枢电阻；R 电枢附加电阻（作起动或调速用）；M电动机的电磁转矩；N电动机转速；Uf励磁电压；If励磁电流；Rf励磁绕组电阻；r 励磁回路附加电阻（用以调节励磁电流，从而改变磁通的大小）。电枢回路总电阻R=

6、Ra+R，则电动机的转速特性为U-IaRn =（式1）Ce由电磁转矩公式M=CMIa得到Ia=M/Cm，代入上式可得到机械特性方程式：URn =- =n0-M， 式中n0=U/Ce称为理想空载转速；CeCeCm2=R/CeCm 称为机械特性的斜率。由机械特性方程可知，当U、R为常数时，机械特性是一条以为斜率的下斜直线，如下图所示。它表明稳态时电动机的转速n随转矩的增大而降低，也就是说，负载转矩增大时，电动机的转速要下降。特性方程式中的M表示n随M增大而下降的程度，称为n，即Rn=M=M，于是n又可表示为n=n0-nCeCm2 nnn0M0 M Me M 它励直流电动机的机械特性2人为特性 根据

7、电机的转速特性工式（式1），可通过改变U、R来调速。人为的改变电机的参量U、R 所得到的机械特性称为人为特性，分别如下图所示。 nnRaUe固有特性U固有特性 Ra+R1URa+R20M0M图-a电枢串电阻时的机械特性图-b变电压时的机械特性串电阻时的人为特性如图-a所示，特性曲线为一组放射性曲线，其特点是所串电阻越大，曲线斜率越大，特性越软；变电压时的人为特性如图-b所示，特性曲线为一组平行曲线，其特点是曲线斜率不变，特性硬度不变，但电压越高，n0越大；ne 固有特性0M图-c弱磁时的机械特性 弱磁时的人为特性如图-c所示，特性曲线为一组既不放射又不平行的直线，其特点是n0与成反比，既弱磁时

8、n0增高，曲线斜率加大。因此特性上移，硬度减小。二直流调速系统直流调速系统用在集装箱起重机上最先采用F-D 系统，目前我司设备中没有此类型设备。我司直流驱动的设备采用的是三相可控硅（SCR）供电方式，它是用可控硅整流桥把三相交流电转换成直流电后供给直流电动机电枢的一种调速方案。因可根据需要控制SCR触发角来得到所需的电枢电压，同时利用驱动器集成的或外置式励磁装置提供强磁、弱磁等不同的磁场来控制电机从0速到最高速度。1. 系统单线图图一为直流调速的系统单线图，图中CB为空气开关，它是进线电源的分断开关。FU1-3为交流侧熔断器提供主回路及SCR的保护。CT1-3为电流变压器，它提供交CB流进线侧

9、的电流反馈信，号用于环流保护的检测。 FU1-3MA为交流接触，作为交流进线电源与SCR转换桥接通与断开的控制器CT1-3件，当选择运行且无故障时，MA吸合；当“停止”MACFU命令发出，且电机速度接进0速时，或当故障发生L时MA断开。 L为铁氧体芯电抗器，防止电机再生 情况下产生过大的瞬变SCRSCRF电流；SCR为可控硅整流桥，将三相交流转换为直流；SH为分流器，提供直SH2流侧电流反馈信号给控制SH器；FU4为励磁回路交流侧熔断器，对励磁回路进行保护；SCRF为磁场整流元件，FU4通过三分之二整流提供电动机的励磁电流；SH2为磁场分流器，提供磁场电流的MFIELD反馈信号；FIELD为电

10、动机的励磁线圈。图1 可控硅整流单线图2. 三相全控桥可逆线路三相全控可逆整流桥的线路图如下，它指的是单线图中的SCR部分，我司桥吊直流驱动器都是采用的这种形式。A1F-A6F为正向运转时的可控整流SCR；A1R-A6R为反向运转时的可控整流SCR。并联在A1F与A4R上的RC串联支路，是抑制可控硅阳极与阴极间瞬间瞬变电压的阻容吸收电路。并联在直流输出端上的若干个电阻是为直流电压反馈信号采样用的。R7、C7组成的串联支路是直流输出瞬变电压的阻容吸收装置。为了减小驱动器的体积，通常将两个可控硅组装在一起形成反并联。这样从外观看，就只有6个开关元件，但实际上由12个SCR组成。图-2 三相可控桥可

11、逆电路图-3 双闭环系统控制框图4. 双闭环控制框图直流调速控制器一般采用双闭环控制方式，目前都采用微处理器来进行控制，使控制方式几乎都能实现数字化。图-3是一典型的双闭环系统框图。从这个典型的双闭环系统框图中可以看出，内环是电流环，外环有两种选择：可以是速度环，也可以是电压环。在桥吊中，起升机构对调速精度要求较高，通常采用速度负反馈的闭环控制，其速度采样一般有两种形式：测速发电机和测速编码器。大车、小车的调速精度要求不高，一般不采用速度外环而选择电压外环，俯仰机构则有选择速度外环的，也有选择电压外环的。图中的电机磁场控制线路是一个能提供磁场恒流源的框图。电机不运转时提供经济励磁，一般不超过额

12、定励磁电流的70%。当电机运转时，控制器发出指令，向电机提供额定励磁电流，并根据负载情况，处理器在轻载或空载时向控制器发出指令，给电机提供弱磁时的励磁电流，实现基速上的恒功率控制。 第三章 交流调速系统 交流驱动的执行机构是交流异步电动机.异步电机在设计制造完成以后,其基本特性已经确定,通过以下公式可知,电机输出转矩只与滑差转速有关.2MmM= (式3-1) S/Sm+Sm/S式中Mm为电机最大转矩，Sm为临界滑差，均为电机额定参数计算所得。理想情况下,空载时电机转速与同步转速相同,带载时随着负载大小的变化,电机转速较同步转速有一个相应的微小差异,即N=N。(1-S) (式3-2) 式中N。为

13、同步转速,S为滑差,它与负载有关.所以只要改变同步转速,就能改变电机转子的实际速度N,而同步转速又符合以下公式:N。=120F/P (式3-3) 其中P为电动机极数,为常数.所以只要改变电机电源的频率F,就能改变电机的同步转速N。,进而改变电机的实际速度N.一交流电机的机械特性 三相异步电动机的机械特性是指电机的电磁转矩M与转子转速n之间的关系n=f(M),用曲线表示时，一般纵座标表示转速n（或转差率S），以横座标表示电磁转矩。三相异步电动机的机械特性如下图所示，曲线分为两段：HP段近似为直线，称为直线部分；PA段为曲线，称为曲线部分。P点为最大转矩点，其对应的转矩为Mm，此时对应的转差率为临

14、界转差率Sm。异步电机也有变电压、串电阻等人为特性这里不多作介绍。Sn n00HSmP 0 MAMm图3-1 三相交流异步电机的机械特性二交流调速系统交流调速发展到现在已有多种形式，如调压调速、串级调速、变频调速等，这里主要介绍变频调速的工作原理。变频调速的基本控制方式在电动机调速时，一个重要因素是希望能保持每极的磁通量为额定值不变。磁通太弱没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；若要增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。对于直流电机，励磁是单独的，只要对电枢反应的补偿合适，保持m不变是很容易做到的。在交流异步电机中，磁通是定子和转子的磁势合成产生的怎样来

15、保持磁通恒定，我们先看电机电动势的公式：Eg=4.44f1N1kn1m (式3-4) 式中Eg气隙磁通在定子每相中的感应电动势有效值，单位为V； f1定子频率，单位为Hz；N1定子每相绕组匝数；kn1基波绕组系数；m 每极气隙磁通量，单为为Wb 由式（3-4）可知，只要控制好Eg和f1，便可达到控制磁通m 的目的。对此，还需考虑基频以下和以上两种情况。 基频以下调速由式（3-4）可知，要保持m不变，当频率从额定值往下调时，必须同时降低电动势Eg，使得f1/Eg为常数，既采用恒电动势频率比的控制方式。然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势较高时，可忽略定子绕组的漏抗压降，认为定子相电

16、压U1=Eg，则得到U1/ f1=常数，这是恒压比的控制方式。低频时，定子绕组的漏抗压降较大，不能再忽略。这时可人为地抬高U1，以便近似地补偿定子压降。带定子压降补偿的恒压比控制特性曲线如图3-2B线所示。U1U1 m U1n恒转矩调速恒功率调速U1nmnBU1Am 0f10f1f1nf1n图3-2 恒压频比控制特性图3-3 变频调速控制特性2基频以上调速在基频以上调速时，频率可以从f1n往上增高，但电压U1却不能增加的超过U1n，最多只能使U1=U1n。由式（3-4）可知，这样将使磁通与频率成反比的降低，相当于直流电机的弱磁升速。把基频以下和以上两种情况合起来，可得到如图3-3 所示的异部电

17、机变频调速控制特性。如果电机在不同转速下都具有额定电流，则电机能在温升允许条件下长期运行，这时转矩基本上随磁通变化。按电力拖动原理，在基频以下，属于“恒转矩调速”；而在基频以上，基本上是“恒功率调速”。（二）变频装置交流变频调速的核心部件是变频装置。我们知道，现有的交流供电电源都是恒压恒频率的，必须经过变频装置，以获得变压变频的电源，去满足变频调速的要求。这种装置通称为变压变频装置（VVVF）。变频装置从结构上分，可分为间接变频和直接变频两类。间接变频装置先将工频电源通过整流器变为直流，再经逆变器将直流转换成可控频率的交流；直接变频装置是将工频电源直接转换成可控频率的交流，没有中间直流环节。目

18、前我司变频器是使用间接变频方式。1间接变频装置（交-直-交变频装置）间接变频装置的结构图如图3-4所示。按照不同的控制方式，又可分为图3-5、6、7 中的三种形式。ACDCAC50Hz恒压恒频中间直流环节变压变频 整流逆变 图3-4 间接变频装置（交-直-交）ACDCAC50Hz可控整流（调压）逆变（调频）变频变压（VVVF）图3-5 ACDCDCAC50Hz不可控整流 斩波器（调压） 逆变器（调频） VVVF图3-6ACDCAC50Hz不可控整流PWM逆变器 VVVF图3-7、用可控整流变压、逆变器变频的交-直-交变频装置（图3-5）调压和调频分别在两个环节上进行，两者要求在控制电路上协调配

19、合。这种变频器结构简单，控制方便，但由于输入环节是可控整流，在电压和频率调得较低时，电网功率因数较小；输出环节多用IGBT等开关元旦组成三相六拍的逆变器，造成输出的谐波较大。这就是这类变频器的主要缺点。、用不可控整流器整流、斩波器变压、逆变器变频的交-直-交变频装置（图3-6）整流环节采用二极管不可控整流器，再增设斩波器调压。这样虽然多了一个环节，但输入功率因数高，克服了前一种变频装置的功率因数低的缺点。输出逆变环节不变，仍有上述谐波较大的问题。、用不可控整流器整流、PWM（脉宽调制）逆变器同时变压变频的交-直-交变频装置（图3-7） 用不可控整流，则功率因数高；用脉宽调制型逆变器，可减小谐波

20、。这样前述的两个缺点都解决了。谐波能减小的程度取决于开关频率，而开关频率则受开关元件的开关时间的限制。因此一般采用开关频率高、开关损耗小的IGBT作为开关元件，使输出波形几乎可得到非常近似的正弦波，因此又称正鲜波脉宽调制（SPWM）逆变器。关于SPWM的相关知识稍后在介绍。2直接变频装置（交-交变频装置） 交-交变频结构图如图3-8所示，它只用一个变换环节就可把恒压恒频电源（CVCF）转换成VVVF电源，因此又称交-交变频器或周波变换器。鉴于其特定的工作方式，其输出频率最高也只能达到电网频率的1/3，因此场桥岸桥不使用该形式，这里也不再多作介绍。ACAC50HzCVCFVVVF 交-交变频图3

21、-8交-交变频结构图3电压型和电流型变频器 从变频电源的性质来看，无任是交-交变频还是交-直-交变频，又可分为电压型变频器和电压型变频器两大类。、电压型变频器对于交-直-交变频器，当中间直流环节主要采用大电容滤波时，直流电压的波形比较平直，在理想情况下是一种内阻抗为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或阶梯波，因此我们叫它电压源型变频器，又叫电压型变频器。如图3-8（a）所示。+Ld逆 +逆 UdCd变 UdId变器器_¯（a）（b）图3-9 电压型和电流型交-直-交变频器、电流型变频器当交-直-交变频器的中间直流环节主要采用大电感滤波时，直流回路中的电流波形比较平直，对负载来说基本上是

22、一个恒流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波，因此我们叫它电流源型变频器，又叫电流型变频器。如图3-8（b）所示。对于变频调速系统来说，由于异步电机属感性负载，不论它处在电动还是发电状态，功率因数都不会等于1，故在中间直流环节与电动机之间总存在无功功率的交换。由于变频器中的开关元件无法储能，所以无功能量只能靠直流环节中的储能元件电压型变频器中的电容器和电流型变频器中的电抗器）来缓冲。因此可以说，电压型变频器和电流型变频器的主要区别在于用什么储能元件来缓冲无功能量。（三）正弦波脉宽调制（SPWM）逆变 图3-10 表示了PWM变频器的原理图。由图可知，这仍是一个交-直-交变频器，它的整流部分是不可控

23、的，输出电压经电容滤波（附加小电感限流）后形成恒定幅值的直流URUI3M 3图3-10 SPWM 交-直-交变频器原理图电压，加在逆变器上。控制逆变器中的IGBT的导通或断开，其输出端即可获得一系列宽度不等的矩形脉冲波，而决定IGBT动作顺序和时间分配规律的控制方式即称为脉宽调制方法。在这里，通过改变矩形脉冲的宽度可以控制呢变器输出交流电压的幅值；通过改变调制周期可控制其输出频率，从而在逆变器上可同时进行输出电压幅值和频率的控制，满足变频调速对电压与频率协调控制的要求。1SPWM逆变器的工作原理名为SPWM逆变器，就是希望 其输出电压是纯粹的正弦波形， U那么，可以把一个正弦半波分成N等分，如

24、土3-11（a）所示，然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个等效面积的等高矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦 t波的每一等分的中点重合。这（a）正弦波形样，由N个等幅而不等宽的矩 U形脈冲所组成的波形就与正弦的半周等效。同样，正弦的负 半周也可用相同的方法来等效。 图3-11（b）中的一系列脉冲波形就是所希望的逆变器输出SPWM波形。可以看到， t由于各脉冲的幅值相等，所以（b）等效的SPWM波形逆变器可由恒定的直流电源来供电，也就是说，这种交-直-交 图3-11 与正弦波等效的等幅矩形脉冲序列波变频器中的整流器采用不可控整流器就可以了（见图3-10）。逆变器输出脉冲的幅值就是整

25、流器的输出电压。当逆变器各开关元件都是在理想状态下工作时，驱动相应开关元件的信号也应与图3-11（b）形状相似的一系列脉冲波形，这点应很容易理解。 从理论上讲，这一系列脉冲波的宽度可以严格地用积分的形式计算出来，作为控制逆变器各开关元件（IGBT）的依据。但较为实用的方法是引入调制这一概念，以所期望的波形（在这里是正弦波）作为调制波，而受它调制的信号称为载波信号。在SPWM中，常用等腰三角波作为栽波，因为等腰散角波是上下等宽线性对称变化的波形，当它与任何一平滑曲线相交时，在交点的时刻控制开关元件的通断，即可得到一组等幅而宽度正比于该曲线函数值的矩形脉冲，这正是SPWM所需要的结果。UraUda

26、调制Urb波发生器Udb驱动IGBT1-6UrcUdcUt三角波发生器图3-12 SPWM逆变器控制电路框图 图3-12为 SPWM逆变器控制电路框图，一组三相对称的正弦参考电压信号（调制波）Ura、Urb、Urc由调制波发生器提供，其频率决定呢变器输出的基波频率，应在所要求的输出频率范围内可调。调制波的幅值也可在一定范围内变化，以决定输出电压的大小。三角载波信号Ut是共用的，分别与每相参考电压比较后，给出“正”或“零”的饱和输出，产生SPWM脉冲序列波Uda、Udb、Udc，作为逆变器功率开关元件IGBT的驱动控制信号。2SPWM的通步调制和异步调制 定义栽波的频率ft和调制波的频率fr之比

27、为载波比N，即N=ft/fr。根据N的变化与否，有同步调制和异步调制之分。、同步调制在同步调制方式中，N=常数，变频时三角载波的频率与正弦调制波的频率同步变化，因而逆变器输出电压半波内的矩形脉冲数是固定不变的。如果取N等于3的倍数，则同步调制能保证逆变器输出波形的正、负半波始终保持对称，并能严格保证散相输出波形间具有互差120°的对称关系。但是，当输出频率很低时，由于相邻两脉冲间的间隔加大，谐波会显著增加，使负载电机产生较大的脉动转矩和较强的噪声，这是同步调制的主要缺点。、异步调制为了消除上述同步调制的缺点，可采用异步调制的方法，即在逆变器的整个变频范围内，载波比N不为常数。一般在是

28、在改变参考信号频率fr时保持三角载波频率ft不变，因而提高了低频时的载波比。这样逆变器输出电压半波内的矩形脉冲数可随输出频率的降低而增加，相应地可减少负载电机的转矩脉动和噪声，改善了低频工作时的特性。异步调制在改善低频工作的同时，又会失去同步调制的优点。当载波比随着输出频率的降低而连续变化时，势必使逆变器输出电压的波形及其相位都发生变化，很难保持三相输出间的对称关系，因而引起电动机工作的不平稳。为扬长避短，可将同步和异步两种调制方式结合起来，这就有了分段同步的调制方式。、分段同步调制 在一定的频率范围内，采用同步调制，保持输出波形对称的优点。当频率降低较多时，使载波比分段有级地增加，又采纳了异

29、步调制的长处，这就是分段同步调制方式。具体地说，把逆变器整个频率范围划分为若干个频段，在每个频段内都维持载波比N恒定，对不同频段取步同的N值，频率低时取N值大些，一般按等比级数安排。3SPWM控制模式的实现如前所述，SPWM控制方式的难点是怎样去触发逆变器的IGBT，如用模拟电路提供触发信号，则控制电路会相当复杂，且容易出错。目前随着大规模集成电路和计算机技术的发展，很容易就能得到SPWM波形。三矢量控制 我们知道，为什么直流电动机具有良好的调节特性，是因为它可用两个独立的控制量即励磁电流和电枢电流分别控制气隙磁通和电磁转矩。在磁通不变的情况下，采用转速、电流双比环系统就能获得四象限的加减素特

30、性。对于交流异步电机来说，因其电压、电流、磁通和电磁转矩各量处在一种相当复杂的耦合状态，要想得到如直流电机一样好的调速特性，近些年在自动控制领域里发展出了两种矢量控制理念：磁场定向型矢量变换控制和转差频率控制型矢量变换控制。磁场定向型矢量变换控制是把异步电动机定子电流I1分解为两个分量：一个是以转子磁场定向的定子磁场电流分量IM1，另一个是垂直于定向磁场且产生转矩的定子定子转矩电流分量Ir1。这样，IM1相当于直流电动机的励磁电流If，Ir1相当于直流电动机的电枢电流Ia，可以分别对它们进行挑节，从而把异步电动机模拟成直流电动机来加以控制，获得优良的调速性能。转差频率控制型矢量变换控制，是步采

31、用复杂的磁通检测而采用通过测速机测量电动机转子角速度r，又通过模拟运算电路，求得电动机滑差角速度s，从而得到电动机旋转磁场角速度0，即0=r+s。这样，可求出给定定子电流I1*所需要的瞬时相位角1*，用I1*和1*去控制变频装置。变频装置为异步电动机提供基波幅值为I1*、瞬时相位角为1*的定子电流，满足电动机负载所需的转矩及磁通，从而实现矢量变频控制。 SPWM变频调速采用矢量控制后，可获得等同于甚至于超过直流调速的调速性能，至于复杂的矢量变换及运算，通过微处理器可方便地完成。我司YASKAWA交流变频系统大部分就是采用这种形式。关于YASKAWA变频器，在YASKAWA系统介绍中会详细描述。

32、第二部 GE驱动器 DC-300一综述（图4-14-4） DC-300可调速直流驱动器是一个全数字可编程控制的驱动器，利用微处理机来进行数字量的调节，进而对马达进行控制。驱动参数如最大和最小速度、加速和减速时间等，都存储在EPROM中,因而可随意做到精确的调整。 DC-300控制器能提供80多个诊断信息。这些诊断信息可通过一个发光二极管组组成的诊断显示板或一个带字母数字读数的编程器读出来，也可通过一个可选择的8线编码输出或通过可选择的RS422/232C通讯线来读取这些诊断信息。存储在EPROM内的驱动器操作参数也可通过RS422/232C通讯线来进行检查和修改。另外,DC-300控制器可以检

33、查SCR(可控硅)，并且有从电源合上后，在印刷线路板上的电平自检，以及能自动使驱动操作参数的动态调整得到自动最优化的调节过程。从而对系统状况诸如DC-300控制器只需要三块印刷线路板即控制板、电源板、电源连接板,还提供可扩展用的选择板和接线端子板来实现附加功能。可选择板包括应用板、程序接口板、编程器板和端子板（3TB和4TB）。编程器可买固定式或手持式，编程器与控制板连接后可进行检查和调整，同时也具有诊断功能。控制板提供一个以电流调节器为内环、速度调节器为外环（也可为电压环）的双闭环回路。在对调速的精确性要求不严格的情况下，速度调节器可换成CEMF调节器。单独的线性时间的加速和减速可从0到99

34、9.9秒间可调节（但电流限制了加速），也可得到随意延长的线性时间和S曲线。电枢电流、电枢电压、磁场电流、速度、力矩和功率的输出计量信号都能从DC-300控制器上得到。另外，所有信号都可以作为一个模拟信号从三个数模转换器中的一个或RS422/232C串行接口中得到。这些信号和其它信号都可以编程到附加的可编程电平信号检测器中。图4-4中的方框图或称“流程图”，显示了个基本DC-300驱动器的操作过程。交流电源通过交流熔断器（或一个断路器）、电流互感器（只有可逆控制器需要）和MA接触器，输入到变流器的SCR（可控硅）模块，在这被转换成可调节的DC电压。直流电流通过一分流器和直流熔断器（只用于可逆控制

35、器），最后到达直流电动机的电枢。模拟量的电压或电流，频率或数字量的输入都能用来作为参数使用。同样，各种测速发电机可和驱动器进行接口岸包括AC或DC模拟测速发电机和频率高达40KHZ的测速脉冲编码器。 二动力回路（主回路见图4-54-9） 电机的磁场控制（MFC）可由一个驱动器内置的最大输出为10A的磁场板提供（G1型，见图4-5A），也可由外置的最大输出为24A的磁场板（分置式磁场板）来提供（G2型，见图4-5B）。对于10A的MFC来说，电源板包含磁场电源的熔断器（CFU1、CFU2、CFU3）、金属氧化变阻器（MOV）、磁场反馈电流变换器（CT3）和线路电抗器（L4）。励磁电源模块安装在主

36、控制器的散热板上。24A的外置MFC提供一个独立的散热器及熔断器（CFU1-1、CFU2-1、CFU3-1）、线路电抗器（L4）、励磁电源模块、包含MOVS的MFC抑制卡和磁场反馈电流变换器（T1）。注意：以上两种不同的励磁控制类型的熔断器和变压器在设计上有一定变化。 通过阅读下文并参看相关例图，可很好地理解MFC是怎样工作的。通过CFU1、CFU2、CFU3（分置型为CFU1-1、CFU2-1、CFU3-1），可得到磁场的交流电源。MOVS可保护不受线路电压的尖峰值和瞬变影响。电动机的励磁电源可通过磁场功率模块对交流电进行“三分之二”整流方式来得到。磁场功率模块的可控硅对磁场电流的控制如下：

37、当交流电源的L1相矢量值高于L2相和L3相时，可控硅SCR触发导通，此时励磁电流通过DX1点和DW点之间的二极管提供给电机励磁绕组，并通过SCR，再经线路电抗器返回L3相，形成回路；当L2相的电压矢量值高于L1相和L2相时，可控硅SCR触发导通，励磁电流经DY和DW之间的二极管提供给电动机的励磁绕组，再通过SCR，然后经线路电抗器返回到L3相形成回路；当L3相的电压矢量值高于L1和L2相时，可控硅SCR被加反向电压，存储在电机励磁绕组内的能量（环流）通过DZ与DW之间的二极管（相当于续流二极管）形成回路，直到L1相再次升高到高于L1、L2相，同时再次触发SCR进入下一周期。励磁电流由电流反馈变

38、压器（T1或T3，依据不同的MFC类型）、并被送到电源板上的磁场给定回路（外置的MFC通过FCPL），在到控制板。电源板通过CFU4和CFU5，经过端子CPTH1和CPTH2提供输入电压给控制电源变压器。RT1、RT2、RT3采集交流同步信号提供给控制板。熔断器CFU6、CFU7、CFU8位于电源板上，内部的直流电源是通过CFU6和CFU7来进行保护。CFU8保护内部115V交流电源。这些电路由控制电压变压器通过插头CPTPL进行供电。可逆系统和不可逆系统中用的是SCR变流桥，其中A、B、C型框架如图4-6图4-9中所示。三相交流电源通过交流熔断器（FU1-3）或一个附加的线路断路器，输送到整

39、流桥。两个线电流互感器（CT1和CT3）提供的电流反馈信号作为变流失败显示（只适合于可逆驱动器）。接触器MA和电抗器（可逆驱动器）提供AC线路瞬态变化保护。RC缓冲回路安置在电源连接板上，它们为SCR提供保护。在可逆系统中，RC被跨接在二个正反相的SCR上，对于不可逆系统，RC直接跨接在进线AC三相线路上。SCR的触发脉冲信号通常由电源连接板上的脉冲变压器提供。触发次序依次为1-6-2-4-3-5，可逆和不可逆系统均如此。正向反向也一样。直流电源通过分流器DA1供给电动机电枢，再通过分流器DA2返回。DA2上只有在可逆系统中才有熔断器。一个RC保护电路跨接在P1和DA2之间帮助封锁SCR。电压

40、反馈信号与RC回路并联，电流反馈信号从分流器中得到。在散热器上可安装一热偶开关以监控温度。 交流电源的要求DC-300驱动器的适用电压为230VAC+10%，-5%（1-100）或460VAC+10%，-5%（2-250HP）的三相电源模式。通常频率为50HZ，允许误差±2%。 交流熔断器交流熔断器对SCR和控制器内部线路提供短路保护，一个隔离开关或断路器也可作为选项采用。另外，通过延时过流功能来进行过流保护。 电抗器（只适用于可逆系统）铁氧体芯子装置（电抗器）被安置在交侧熔断器和SCR之间，以消除再生瞬时电流和电压所引起的影响。 主接触器（MA）主接触器MA在交流电源与功率变换单元

41、（正流桥）之间，提供一个可控制的开断点。当驱动器处在运行模式且无故障时，接触器吸合。当下列情况发生时，接触器断开：1在不可逆系统中，当“停止”命令发出时；2在可逆系统中，当“停止”命令发出且电动机速度减到接近0速时（通常5%以下）；3当故障发生时。 直流熔断器FU4在驱动器直流输出线路与电动机电枢之间，有一直流熔断器，它对SCR和电动机在电机过流的情况下进行保护（只适用于可逆系统）。 控制电源变压器（CPT） 该变压器通过其初级侧熔断器（CFU4、CFU5）从电源板上获取电源，它的次级提供两个独立电压：1115VAC，用于驱动器MA的线圈、RUN继电器（K1）和控制器冷却风扇；2中间抽头的38

42、VAC提供给电源板以产生控制器工作所需要的直流控制电压。 分流器（SH）分流器提供电动机电枢电流的反馈信号给控制回路，分流器在电枢额定电流时所产生的输出为100毫伏。 电流互感器ASM（CT）电流互感器用于提供交流回路的电流反馈信号（可逆系统），该信号用于环流故障的保护。FIGURE 15 CONTROL CARD三接线图及各卡板接线图可逆系统和不可逆系统的接线图如图4-104-13所示。它们以图的行式描述了控制器插头和电缆的内部连接。当内部连接电缆在某一处出现问题时，这些图可帮助查找问题。各连接器的功能说明参看“电气连接”部分。 控制板（图4-15）该板实现DC-300驱动器的智能控制。它包含三个微处理器并实现大部分的调节功能、SCR触发、诊断和保护功能等客户化功能及马达接口功能，这些功能的执行通过软