變頻調速是一門國際上60年代初興起的學科，也是當今交流拖動領域主要發展動向之一.SASIB-6000型卷煙包裝線采用10kVA變頻係統,對小包機主電機進行無級調速，是較早應用變頻調速的煙草機械設備，在實際應用上有一定特色.係統的包裝速度從75〜305包/分連續可調，電源利用率高，操作簡單，變速穩定，可靠性高，提高了參動生產率，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，將控製係統總結成方框圖形式，並分別從電路與電機角度對係統的特點進行分析.
一、變頻調速原理
變頻係統分交一交變頻與交一直一交變頻兩大類,6000型包裝機屬於交一直一交變頻調速係統。圖1為變頻係統主電路,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與可控矽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隻可控矽SCR^-SCR,組成的逆變器將V,變換成頻率可調的交流電，用來驅動電機在三相逆變器中、適當分配6隻可控矽的開關時間，使可控矽的導通順序依次為SCRz、e、g、“各觸發信號間相隔60。電角度，每隻可姓矽導通與關斷各180%如圖2A、B、C示意。這樣，任意瞬間有3隻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,控製可控矽的導通時間即可獲得頻率f=l/T可調的三相交流電壓，
二、控製係統
分析各控製電路板的功能，並用自控原理進行總結，可以將控製係統表示成方框圖形式,如圖3.本係統有兩個控製回路，對整流器的電壓控製回路采用閉環控製'，對逆變器的頻率控製回路采用開環控製.調壓與調頻是分別進行的，但由同一個速度給定值控製.電流限值器與瞬態校正器屬於附加環節，用來提高係統的穩定性.

圖3控製係統原理框圖
1.電壓閉環控製
整流電壓采用相位控製原理.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製可控矽的觸發角s達到調壓目的.這裏的控製過程與直流調速係統相似.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.瞬態核正器
雖然電壓閉環控製能按照恒磁通原則調節.但由於頻率是開環的，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。增加一個瞬態校正環節，當電機電壓發生波動時,使逆變器輸出頻率也產生相應波動，從而保證了在調節過程中，V"與f的瞬態比值大致保持不變，提高了係統的穩定性。
3.電流限值卷
該環節用來限製電動機的電流峰值，平衡負載電流.檢測到的電流信號隔離後作為電壓信號.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，反饋信號即同時調節半控橋的觸發角與逆變器的開關頻率,將電流平衡在最大值以下.
4.哥坡發生群與調速我態逸擇
係統采用兩隻斜坡發生器，以實現電機的加速與減速控製，加速過程較慢，而減速過程很快。此外，本係統對恒轉絶調速與恒功率調速兩種狀態,沒有設計成自動切換,而是專門増加調速狀態變換電路，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製振蕩器，輜出頻率隨輜入電壓線性變化，頻率範圍為5〜87也,作為每分鍾75~305包轉速連續調節的基礎頻率.最高頻率選擇是人工幹預環節，變頻範圍可在5〜50Hz與5〜87Hz兩者之間選擇。該選擇功能與上述調速狀態選擇棺對應，純粹為方便操作而設計，與係統的控製原理無關
6.脈衝分酩基與脈衝輸出
脈衝分配器由3隻JK觸發器組成*把頻率信號分配成6個一組的豚衝序列，使逆變器橋臂上的6隻可控矽按圖2要求進行開通、關斷，從而實現變頻.昧衝輸出環節主要用來將蘇神序列放大後，再去謎發可控矽，同時，輔助後麵所述的保護裝置起保護作用
三、保護裝置特點
係統采用了一係列保護措施保證變頻裝置可靠運行，如吸收電路、抗幹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進行的，任何時刻同一橋臂隻能有一隻SCR導通，當一隻可控矽換為另一隻可控矽導通時，前者必須可靠關斷，否則將導致電源直通毀壞係統。對此,6000型係統采取了兩個揩施，一是在控製回路的觀衝輸出環節，增加一個單穩電路，使開通脈衝比關斷昧衝延遲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已經莎有相對Vx為一550V電能，在SCR』觸發蔽衝消失後，開通輔助可控矽SCR\,G由—SCR,—SCRr—LLCm回路放電，如圖4(a).放電完畢—&的諧振電流經由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,關斷後,反向充電電流經過D.構成回路.直至諧振結束.按照實際係統中的元件數據計算，這一過程的時間t<100ps,與控製信號延退時間150個相比，至少有50ys的餘量。係統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
從變頻調速研究領域出發，本係統有兩大缺陷,一是電機不能作四象限運行,二是係統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，所以這裏隻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：
這裏X1、X,為基波頻率下定轉子等效漏拭.由此會引起兩種後果。一是諧波損耗正比於諧波電流有效值的平方,F=SFR=5,

對於總容信為lOkVA的調速係統，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諧披電流相互作用而產生恒定轉矩之外的脈動轉矩,其中，-基波氣隙破場與5,7次轉子諧波電流作用產生的6倍於基波頻率的脈動轉矩，其幅度可超過額定轉矩的10%.6000型係統將最低工作頻率眼製為皿，避免了強烈的轉矩豚動，但由於諧披電流的大小隻決定於諧波電壓與諧波漏抗,而與負載及轉速無關，因此限製最低轉速對係統容量損失與諧波損耗不起作用*為了進一步提高係統性能，提高功率因數，隻能靠高質量的電機彌補,按照(6)式;備用電機應選擇漏抗大的電機.
總之.6000型包裝機變頻調速係統是交—直一交電壓型裝置，采用180導電型六階梯波調製原理。控製係統實用簡単.保護裝置可靠獨特，既提高了電源利用率，又提高亍勞動生產率.雖然變頻係統的性能不高，但滿足了卷煙廠的包裝工藝要求，適當改進後還可以應用於製絲與卷接工藝，作為機電一體化的煙草機械設備，值得借鑒.

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