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變頻調(diào)速是一門國際上60年代初興起的學科，也是當今交流拖動領域主要發(fā)展動向之一.SASIB-6000型卷煙包裝線采用10kVA變頻系統(tǒng),對小包機主電機進行無級調(diào)速，是較早應用變頻調(diào)速的煙草機械設備，在實際應用上有一定特色.系統(tǒng)的包裝速度從75?305包/分連續(xù)可調(diào)，電源利用率高，操作簡單，變速穩(wěn)定，可靠性高，提高了參動生產(chǎn)率，受到卷煙廠的歡迎。本文在介紹這一裝置變頻原理的基礎上，將控制系統(tǒng)總結(jié)成方框圖形式，并分別從電路與電機角度對系統(tǒng)的特點進行分析.
一、變頻調(diào)速原理
變頻系統(tǒng)分交一交變頻與交一直一交變頻兩大類,6000型包裝機屬于交一直一交變頻調(diào)速系統(tǒng)。圖1為變頻系統(tǒng)主電路,可分為整流、濾波與逆變3個部分。

a1主回路

由二極管Di、Dz、D3與可控硅SCRt,SCRs.SCR,構成的半控整流器將3X380V、50Hz交流電變換成電壓可變的脈動直流詛,Li—Ci將0*濾波得到標準的直流電壓V,,6只可控硅SCR^-SCR,組成的逆變器將V,變換成頻率可調(diào)的交流電，用來驅(qū)動電機在三相逆變器中、適當分配6只可控硅的開關時間，使可控硅的導通順序依次為SCRz、e、g、“各觸發(fā)信號間相隔60。電角度，每只可姓硅導通與關斷各180%如圖2A、B、C示意。這樣，任意瞬間有3只SCR同時導通，
將電機星形連接,則三相輸出的線電壓Va。、V&O、Vco與相電壓VKS、V.c、VCh波形如圖2。電動機獲得的交流電壓就是該六階梯波電壓。

這和三相正弦波的交流電壓有相同比值,其電流波形在電感性負載下近似為正弦波.三相交流電壓的周期為T,控制可控硅的導通時間即可獲得頻率f=l/T可調(diào)的三相交流電壓，
二、控制系統(tǒng)
分析各控制電路板的功能，并用自控原理進行總結(jié)，可以將控制系統(tǒng)表示成方框圖形式,如圖3.本系統(tǒng)有兩個控制回路，對整流器的電壓控制回路采用閉環(huán)控制'，對逆變器的頻率控制回路采用開環(huán)控制.調(diào)壓與調(diào)頻是分別進行的，但由同一個速度給定值控制.電流限值器與瞬態(tài)校正器屬于附加環(huán)節(jié)，用來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性.

圖3控制系統(tǒng)原理框圖
1.電壓閉環(huán)控制
整流電壓采用相位控制原理.誤差積分器將電壓給定值與實際電壓反爐值的偏差進行比例積分，移相電路按積分值控制可控硅的觸發(fā)角s達到調(diào)壓目的.這里的控制過程與直流調(diào)速系統(tǒng)相似.電壓給定值取自頻率回路A點，目的是在變頻過程中，保持V./f恒定，以使電機的磁通恒定。
2.瞬態(tài)核正器
雖然電壓閉環(huán)控制能按照恒磁通原則調(diào)節(jié).但由于頻率是開環(huán)的，所以電機的電壓與頻率的比值在過渡過程中仍不能保持恒定。增加一個瞬態(tài)校正環(huán)節(jié)，當電機電壓發(fā)生波動時,使逆變器輸出頻率也產(chǎn)生相應波動，從而保證了在調(diào)節(jié)過程中，V"與f的瞬態(tài)比值大致保持不變，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
3.電流限值卷
該環(huán)節(jié)用來限制電動機的電流峰值，平衡負載電流.檢測到的電流信號隔離后作為電壓信號.由積分電路限幅，再與速度給定信號比較.每當負載電流超出設定值，反饋信號即同時調(diào)節(jié)半控橋的觸發(fā)角與逆變器的開關頻率,將電流平衡在最大值以下.
4.哥坡發(fā)生群與調(diào)速我態(tài)逸擇
系統(tǒng)采用兩只斜坡發(fā)生器，以實現(xiàn)電機的加速與減速控制，加速過程較慢，而減速過程很快。此外，本系統(tǒng)對恒轉(zhuǎn)絶調(diào)速與恒功率調(diào)速兩種狀態(tài),沒有設計成自動切換,而是專門増加調(diào)速狀態(tài)變換電路，由人工選擇.
5.壓須變換葬與通禹頻率選彝
壓頻變換器是一個電壓控制振蕩器，輜出頻率隨輜入電壓線性變化，頻率范圍為5?87也,作為每分鐘75~305包轉(zhuǎn)速連續(xù)調(diào)節(jié)的基礎頻率.最高頻率選擇是人工干預環(huán)節(jié)，變頻范圍可在5?50Hz與5?87Hz兩者之間選擇。該選擇功能與上述調(diào)速狀態(tài)選擇棺對應，純粹為方便操作而設計，與系統(tǒng)的控制原理無關
6.脈沖分酩基與脈沖輸出
脈沖分配器由3只JK觸發(fā)器組成*把頻率信號分配成6個一組的豚沖序列，使逆變器橋臂上的6只可控硅按圖2要求進行開通、關斷，從而實現(xiàn)變頻.昧沖輸出環(huán)節(jié)主要用來將蘇神序列放大后，再去謎發(fā)可控硅，同時，輔助后面所述的保護裝置起保護作用
三、保護裝置特點
系統(tǒng)采用了一系列保護措施保證變頻裝置可靠運行，如吸收電路、抗干擾電路與過熱保護等。其中，逆變器的換流保護最有獨到之處.

圖4換流電路
18(?導電型逆變器，其換向是在同一相內(nèi)進行的，任何時刻同一橋臂只能有一只SCR導通，當一只可控硅換為另一只可控硅導通時，前者必須可靠關斷，否則將導致電源直通毀壞系統(tǒng)。對此,6000型系統(tǒng)采取了兩個揩施，一是在控制回路的觀沖輸出環(huán)節(jié)，增加一個單穩(wěn)電路，使開通脈沖比關斷昧沖延遲150ys輸岀】再是在主回路釆用可靠的輔助換流電路。
可以看岀，SCR,的關斷能量由一55GV電源提供。在SCR<導通時,d已經(jīng)莎有相對Vx為一550V電能，在SCR』觸發(fā)蔽沖消失后，開通輔助可控硅SCR\,G由—SCR,—SCRr—LLCm回路放電，如圖4(a).放電完畢—&的諧振電流經(jīng)由Cf—Lz—D,—SCR(-*Cr回路對Cz反向充電，如圖4(b),從而迫使SCRt電流降為0而關斷。SCR,關斷后,反向充電電流經(jīng)過D.構成回路.直至諧振結(jié)束.按照實際系統(tǒng)中的元件數(shù)據(jù)計算，這一過程的時間t<100ps,與控制信號延退時間150個相比，至少有50ys的余量。系統(tǒng)采用了一套專用變壓器與整流器,提供換流所需的一550V電源，雖然代價沉重，但能使設備在環(huán)境較差的車間也能可靠運行’這是該保護裝置的突出特。
四、諧波效應分析
從變頻調(diào)速研究領域出發(fā)，本系統(tǒng)有兩大缺陷,一是電機不能作四象限運行,二是系統(tǒng)存在較嚴重的諧波效應，但是，包裝工藝不要求電機四象限運行，所以這里只對諧波效應進行分析。
逆變器輸出的六階梯波電壓波形如圖2,將線電壓與相電壓分解成富氏級數(shù)可得：
可見，輸出電壓波形含有5,7,11……次高次諧波，是嚴重的非正弦波.將該電壓加到感應電動機上，按照電機學原理，相應的諧波電流為：
這里X1、X,為基波頻率下定轉(zhuǎn)子等效漏拭.由此會引起兩種后果。一是諧波損耗正比于諧波電流有效值的平方,F=SFR=5,

對于總?cè)菪艦閘OkVA的調(diào)速系統(tǒng)，諧波損耗引起總損耗增加量可達20%,二是各次諧波磁場與不同次數(shù)諧披電流相互作用而產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩之外的脈動轉(zhuǎn)矩,其中，-基波氣隙破場與5,7次轉(zhuǎn)子諧波電流作用產(chǎn)生的6倍于基波頻率的脈動轉(zhuǎn)矩，其幅度可超過額定轉(zhuǎn)矩的10%.6000型系統(tǒng)將最低工作頻率眼制為皿，避免了強烈的轉(zhuǎn)矩豚動，但由于諧披電流的大小只決定于諧波電壓與諧波漏抗,而與負載及轉(zhuǎn)速無關，因此限制最低轉(zhuǎn)速對系統(tǒng)容量損失與諧波損耗不起作用*為了進一步提高系統(tǒng)性能，提高功率因數(shù)，只能靠高質(zhì)量的電機彌補,按照(6)式;備用電機應選擇漏抗大的電機.
總之.6000型包裝機變頻調(diào)速系統(tǒng)是交—直一交電壓型裝置，采用180導電型六階梯波調(diào)制原理。控制系統(tǒng)實用簡単.保護裝置可靠獨特，既提高了電源利用率，又提高亍勞動生產(chǎn)率.雖然變頻系統(tǒng)的性能不高，但滿足了卷煙廠的包裝工藝要求，適當改進后還可以應用于制絲與卷接工藝，作為機電一體化的煙草機械設備，值得借鑒.

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