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1 引言
在上個世紀八十年代末，交流變頻調速逐漸登上了工業傳動調速方式的曆史舞台。變頻調速在調速範圍、調速精度、控製靈活、工作效率、使用方便等方麵都有很大的優點，這使變頻調速成為最有發展前途的一種交流調速方式。
普通的變頻器大都采用二極管整流橋將交流電轉化成直流，然後采用IGBT逆(ni)變(bian)技(ji)術(shu)將(jiang)直(zhi)流(liu)轉(zhuan)化(hua)成(cheng)電(dian)壓(ya)頻(pin)率(lv)皆(jie)可(ke)調(tiao)整(zheng)的(de)交(jiao)流(liu)電(dian)控(kong)製(zhi)交(jiao)流(liu)電(dian)動(dong)機(ji)。這(zhe)種(zhong)變(bian)頻(pin)器(qi)隻(zhi)能(neng)工(gong)作(zuo)在(zai)電(dian)動(dong)狀(zhuang)態(tai)，所(suo)以(yi)稱(cheng)之(zhi)為(wei)兩(liang)象(xiang)限(xian)變(bian)頻(pin)器(qi)。由(you)於(yu)兩(liang)象(xiang)限(xian)變(bian)頻(pin)器(qi)采(cai)用(yong)二(er)極(ji)管(guan)整(zheng)流(liu)橋(qiao)，無(wu)法(fa)實(shi)現(xian)能(neng)量(liang)的(de)雙(shuang)向(xiang)流(liu)動(dong)，所(suo)以(yi)沒(mei)有(you)辦(ban)法(fa)將(jiang)電(dian)機(ji)回(hui)饋(kui)係(xi)統(tong)的(de)能(neng)量(liang)送(song)回(hui)電(dian)網(wang)。在(zai)一(yi)些(xie)電(dian)動(dong)機(ji)要(yao)回(hui)饋(kui)能(neng)量(liang)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)，比(bi)如(ru)電(dian)梯(ti)，提(ti)升(sheng)，離(li)心(xin)機(ji)係(xi)統(tong)，隻(zhi)能(neng)在(zai)兩(liang)象(xiang)限(xian)變(bian)頻(pin)器(qi)上(shang)增(zeng)加(jia)電(dian)阻(zu)製(zhi)動(dong)單(dan)元(yuan)。將(jiang)電(dian)動(dong)機(ji)回(hui)饋(kui)的(de)能(neng)量(liang)消(xiao)耗(hao)掉(diao)。另(ling)外(wai)，在(zai)一(yi)些(xie)大(da)功(gong)率(lv)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)，二(er)極(ji)管(guan)整(zheng)流(liu)橋(qiao)對(dui)電(dian)網(wang)產(chan)生(sheng)嚴(yan)重(zhong)的(de)諧(xie)波(bo)汙(wu)染(ran)。
IGBT功率模塊可以實現能量的雙向流動，如果采用IGBT做整流橋，用高速度、高運算能力的DSP產生PWM控製脈衝。一方麵可以調整輸入的功率因數，消除對電網的諧波汙染，讓變頻器真正成為“綠色產品”。另一方麵可以將電動機回饋產生的能量反送到電網，達到徹底的節能效果。
加能公司自2003年開始進行四象限變頻器開發和研製工作。到目前已經形成380V, 660V兩個係列各種功率等級的成熟的產品和技術，並廣泛應用於起重、煤礦和油田領域。
2 四象限變頻器的工作原理
2.1 四象限變頻器的電路原理圖如圖1所示。
圖 1 四象限變頻器的電路原理圖
2.2 工作原理
當電機工作在電動狀態的時候，整流控製單元的DSP產生6路高頻的PWM脈衝控製整流側的6個IGBT的開通和關斷。IGBT的開通和關斷與輸入電抗器共同作用產生了與輸入電壓相位一致的正弦電流波形，這樣就消除了二極管整流橋產生的6K±1諧波。功率因數高達99%。消除了對電網的諧波汙染。
此時能量從電網經由整流回路和逆變回路流向電機，變頻器工作在第一、第三象限。輸入電壓和輸入電流的波形如圖2所示。
圖2 輸入電壓和輸入電流的波形
當dang電dian動dong機ji工gong作zuo在zai發fa電dian狀zhuang態tai的de時shi候hou，電dian機ji產chan生sheng的de能neng量liang通tong過guo逆ni變bian側ce的de二er極ji管guan回hui饋kui到dao直zhi流liu母mu線xian，當dang直zhi流liu母mu線xian電dian壓ya超chao過guo一yi定ding的de值zhi，整zheng流liu側ce能neng量liang回hui饋kui控kong製zhi部bu分fen啟qi動dong，將jiang直zhi流liu逆ni變bian成cheng交jiao流liu，通tong過guo控kong製zhi逆ni變bian電dian壓ya相xiang位wei和he幅fu值zhi將jiang能neng量liang回hui饋kui到dao電dian網wang，達da到dao節jie能neng的de效xiao果guo。
此時能量由電機通過逆變側、整流側流向電網。變頻器工作在二、四象限。輸入電抗器的主要功能是電流濾波。回饋電流和電網電壓波形如圖3所示：
圖3 回饋電流和電網電壓波形
2.3 四象限變頻器的係統構成
主回路的構成：預充電電路，輸入電抗、智能功率模塊，電解電容和輸出電抗。各部分的功能列舉如下：
預充電電路：由交流接觸器、功率電阻組成及相應的控製回路。主要功能是係統上電時，完成對直流母線電容的預充電。避免上電時強大的衝擊電流燒壞功率模塊。
輸入電抗器：電動狀態下起儲能作用，形成正弦電流波形。回饋狀態下，起濾波作用，濾掉電流波形的高頻成分。
智能功率模塊（SkiiP）：整流側和逆變側IGBT、 隔離驅動、電流檢測以及各種保護監測功能。
電解電容：儲能，濾波。
輸出電抗：降低輸出dv/dt，對電機起到一定的保護作用。
控製部分組成：係統輔助電源模塊，預充電控製，功率接口板，DSP控製板及人機接口板。
係統輔助電源產生係統控製所需的5V, 15V 和24V 電源；
預充電控製用於控製預充電交流接觸器的動作；
功率接口板反饋係統控製所需的電流信號，電壓信號及溫度信號，並且傳遞PWM控製波形到驅動板。接口板要對信號進行濾波處理；
DSP控製板完成整流，逆變PWM控製算法，係統的大腦。
人機接口板顯示變頻器運行的各種狀況以及用戶參數輸入。
3 整流部分
整流部分係統控製方框圖如圖4所示。
圖4 整流部分係統控製方框圖
如圖4所示，係統的給定是直流母線電壓指令，這個指令與直流母線電壓反饋的誤差送到電壓環的PI調節器。電壓環的PI調節與三相輸入正弦波的乘積成為三相電流的指令，三相電流指令與各自電流反饋作比較，誤差送到電流環的PI調節器。電流環PI調節器的輸出可以通過載波調製產生各相IGBT的PWM控製信號，也可以通過空間矢量的方式產生PWM信號控製IGBT。上述的運算都是通過DSP完成的。
4 典型應用
四(si)象(xiang)限(xian)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)典(dian)型(xing)應(ying)用(yong)是(shi)具(ju)有(you)位(wei)勢(shi)負(fu)載(zai)特(te)性(xing)的(de)場(chang)合(he)，例(li)如(ru)提(ti)升(sheng)機(ji)，機(ji)車(che)牽(qian)引(yin)，油(you)田(tian)磕(ke)頭(tou)機(ji)，離(li)心(xin)機(ji)等(deng)。在(zai)一(yi)些(xie)大(da)功(gong)率(lv)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)，也(ye)需(xu)要(yao)四(si)象(xiang)限(xian)變(bian)頻(pin)器(qi)以(yi)減(jian)小(xiao)對(dui)電(dian)網(wang)的(de)諧(xie)波(bo)汙(wu)染(ran)。
yitishengjideyingyongweili，dangtishengzhongwushi，sixiangxianbianpinqituodongdianjikefuzhonglizuogong，diandongjichuyudiandongzhuangtai。dangxiafangzhongwushi，nibiancechanshenglicidianliu，zhongliqianyindianjifadian，diandongjichuyufadianzhuangtai。shinengzhuanhuaweidiannengtongguozhengliucehuikuidedianwang。
5 結束語 采用帶有PWM控kong製zhi整zheng流liu器qi變bian頻pin器qi具ju有you四si象xiang限xian運yun行xing的de功gong能neng，能neng滿man足zu各ge種zhong位wei勢shi負fu載zai的de調tiao速su要yao求qiu，可ke就jiu電dian機ji的de再zai生sheng能neng量liang轉zhuan化hua為wei電dian能neng送song回hui電dian網wang，達da到dao最zui大da限xian度du的de節jie能neng的de目mu的de。不bu僅jin如ru此ci，它ta還hai可ke減jian少shao電dian源yuan的de諧xie波bo汙wu染ran，功gong率lv因yin數shu可ke接jie近jin於yu1，是一種真正的“綠色”變頻器。
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