1 引言

　　在上個世紀(jì)80年代末，交流變頻調(diào)速逐漸登上了工業(yè)傳動調(diào)速方式的歷史舞臺。變頻調(diào)速在調(diào)速范圍、調(diào)速精度、控制靈活、工作效率、使用方便等方面都有很大的優(yōu)點(diǎn)，這使變頻調(diào)速成為最有發(fā)展前途的一種交流調(diào)速方式。

　　普通的變頻器大都采用二極管整流橋?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)化成直流，然后采用igbt逆變技術(shù)將直流轉(zhuǎn)化成電壓頻率皆可調(diào)整的交流電控制交流電動機(jī)。這種變頻器只能工作在電動狀態(tài)，所以稱之為兩象限變頻器。由于兩象限變頻器采用二極管整流橋，無法實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動，所以沒有辦法將電機(jī)回饋系統(tǒng)的能量送回電網(wǎng)。在一些電動機(jī)要回饋能量的應(yīng)用中，比如電梯，提升，離心機(jī)系統(tǒng)，只能在兩象限變頻器上增加電阻制動單元。將電動機(jī)回饋的能量消耗掉。另外，在一些大功率的應(yīng)用中，二極管整流橋?qū)﹄娋W(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波污染。

　　igbt功率模塊可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動，如果采用igbt做整流橋，用高速度、高運(yùn)算能力的dsp產(chǎn)生pwm控制脈沖。一方面可以調(diào)整輸入的功率因數(shù)，消除對電網(wǎng)的諧波污染，讓變頻器真正成為“綠色產(chǎn)品”。另一方面可以將電動機(jī)回饋產(chǎn)生的能量反送到電網(wǎng)，達(dá)到徹底的節(jié)能效果。

　　吉納電機(jī)自2001年開始進(jìn)行四象限變頻器開發(fā)和研制工作。到目前已經(jīng)形成380v，660v兩個系列各種功率等級的成熟的產(chǎn)品和技術(shù)，并廣泛應(yīng)用于煤礦和油田領(lǐng)域。

2 四象限變頻器的工作原理

　　四象限變頻器的電路原理圖如圖1所示。

　　2.1 工作原理

　　當(dāng)電機(jī)工作在電動狀態(tài)的時候，整流控制單元的dsp產(chǎn)生6路高頻的pwm脈沖控制整流側(cè)的6個igbt的開通和關(guān)斷。igbt的開通和關(guān)斷與輸入電抗器共同作用產(chǎn)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(chǎn)生的6k±1諧波。功率因數(shù)高達(dá)99%。消除了對電網(wǎng)的諧波污染。

　　此時能量從電網(wǎng)經(jīng)由整流回路和逆變回路流向電機(jī)，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。

#p#分頁標(biāo)題#e#　　當(dāng)電動機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)的時候，電機(jī)產(chǎn)生的能量通過逆變側(cè)的二極管回饋到直流母線，當(dāng)直流母線電壓超過一定的值，整流側(cè)能量回饋控制部分啟動，將直流逆變成交流，通過控制逆變電壓相位和幅值將能量回饋到電網(wǎng)，達(dá)到節(jié)能的效果。

　　此時能量由電機(jī)通過逆變側(cè)、整流側(cè)流向電網(wǎng)。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?；仞侂娏骱碗娋W(wǎng)電壓波形如圖3所示：

    2.2 四象限變頻器的系統(tǒng)構(gòu)成

　　（1）主回路的構(gòu)成：預(yù)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(yù)充電電路：由交流接觸器、功率電阻組成及相應(yīng)的控制回路。主要功能是系統(tǒng)上電時，完成對直流母線電容的預(yù)充電。避免上電時強(qiáng)大的沖擊電流燒壞功率模塊。

　　輸入電抗器：電動狀態(tài)下起儲能作用，形成正弦電流波形?；仞仩顟B(tài)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(cè)和逆變側(cè)igbt、 隔離驅(qū)動、電流檢測以及各種保護(hù)監(jiān)測功能。

　　電解電容：儲能，濾波。

　　輸出電抗：降低輸出dv/dt，對電機(jī)起到一定的保護(hù)作用。

　?。?）控制部分組成：系統(tǒng)輔助電源模塊，預(yù)充電控制，功率接口板，dsp控制板及人機(jī)接口板。

　　系統(tǒng)輔助電源產(chǎn)生系統(tǒng)控制所需的5v， 15v 和24v 電源；

　　預(yù)充電控制用于控制預(yù)充電交流接觸器的動作；

　　功率接口板反饋系統(tǒng)控制所需的電流信號，電壓信號及溫度信號，并且傳遞pwm控制波形到驅(qū)動板。接口板要對信號進(jìn)行濾波處理；

　　dsp控制板完成整流，逆變pwm控制算法#p#分頁標(biāo)題#e#，系統(tǒng)的大腦。

　　人機(jī)接口板顯示變頻器運(yùn)行的各種狀況以及用戶參數(shù)輸入。