变频调速是一门国际上60年代初兴起的学科，也是当今交流拖动领域主要发展动向之一.SASIB-6000型卷烟包裝线采用10kVA变频系统,对小包机主电机进行无级调速，是较早应用变频调速的烟草机械设备，在实际应用上有一定特色.系统的包装速度从75〜305包/分连续可调，电源利用率高，操作简单，变速稳定，可靠性高，提高了參动生产率，受到卷烟厂的欢迎。本文在介绍这一装置变频原理的基础上，将控制系统总结成方框图形式，并分别从电路与电机角度对系统的特点进行分析.
一、变頻调速原理
变頻系统分交一交变频与交一直一交变頻两大类,6000型包装机属于交一直一交变频调速系统。图1为变頻系统主电路,可分为整流、滤波与逆变3个部分。

a1主回路

由二极管Di、Dz、D3与可控硅SCRt,SCRs.SCR,构成的半控整流器将3X380V、50Hz交流电变换成电压可变的脉动直流詛,Li—Ci将0*滤波得到标准的直流电压V,,6只可控硅SCR^-SCR,组成的逆变器将V,变换成频率可调的交流电，用来驱动电机在三相逆变器中、适当分配6只可控硅的开关时间，使可控硅的导通顺序依次为SCRz、e、g、“各触发信号间相隔60。电角度，每只可姓硅导通与关断各180%如图2A、B、C示意。这样，任意瞬间有3只SCR同时导通，
将电机星形连接,则三相输出的线电压Va。、V&O、Vco与相电压VKS、V.c、VCh波形如图2。电动机获得的交流电压就是该六阶梯波电压。

这和三相正弦波的交流电压有相同比值,其电流波形在电感性负载下近似为正弦波.三相交流电压的周期为T,控制可控硅的导通时间即可获得频率f=l/T可调的三相交流电压，
二、控制系统
分析各控制电路板的功能，并用自控原理进行总结，可以将控制系统表示成方框图形式,如图3.本系统有两个控制回路，对整流器的电压控制回路采用闭环控制'，对逆变器的頻率控制回路采用开环控制.调压与调频是分别进行的，但由同一个速度给定值控制.电流限值器与瞬态校正器属于附加环节，用来提高系统的稳定性.

图3控制系統原理框图
1.电压闭环控制
整流电压采用相位控制原理.误差积分器将电压给定值与实际电压反爐值的偏差进行比例积分，移相电路按积分值控制可控硅的触发角s达到调压目的.这里的控制过程与直流调速系统相似.电压给定值取自频率回路A点，目的是在变频过程中，保持V./f恒定，以使电机的磁通恒定。
2.瞬态核正器
虽然电压闭环控制能按照恒磁通原则调节.但由于频率是开环的，所以电机的电压与频率的比值在过渡过程中仍不能保持恒定。增加一个瞬态校正环节，当电机电压发生波动时,使逆变器输出頻率也产生相应波动，从而保证了在调节过程中，V"与f的瞬态比值大致保持不变，提高了系统的稳定性。
3.电流限值卷
该环节用来限制电动机的电流峰值，平衡负载电流.检测到的电流信号隔离后作为电压信号.由积分电路限幅，再与速度给定信号比较.每当负载电流超出设定值，反馈信号即同时调节半控桥的触发角与逆变器的开关频率,将电流平衡在最大值以下.
4.哥坡发生群与调速我态逸择
系统采用两只斜坡发生器，以实现电机的加速与减速控制，加速过程较慢，而减速过程很快。此外，本系统对恒转絶调速与恒功率调速两种状态,没有设计成自动切换,而是专门増加调速状态变换电路，由人工选择.
5.压須变換葬与通禹頻率选彝
压頻变换器是一个电压控制振荡器，辎出频率随辎入电压线性变化，频率范围为5〜87也,作为每分钟75~305包转速连续调节的基础頻率.最高频率选择是人工干预环节，变频范围可在5〜50Hz与5〜87Hz两者之间选择。该选择功能与上述调速状态选择棺对应，纯粹为方便操作而设计，与系统的控制原理无关
6.脉冲分酩基与脉冲输出
脉冲分配器由3只JK触发器组成*把频率信号分配成6个一组的豚冲序列，使逆变器桥臂上的6只可控硅按图2要求进行开通、关断，从而实现变频.昧冲输出环节主要用来将蘇神序列放大后，再去谜发可控硅，同时，辅助后面所述的保护装置起保护作用
三、保护装置特点
系统采用了一系列保护措施保证变頻装置可靠运行，如吸收电路、抗干扰电路与过热保护等。其中，逆变器的换流保护最有独到之处.

图4换流电路
18(?导电型逆变器，其换向是在同一相内进行的，任何时刻同一桥臂只能有一只SCR导通，当一只可控硅换为另一只可控硅导通时，前者必须可靠关斷，否则将导致电源直通毁坏系统。对此,6000型系统采取了两个揩施，一是在控制回路的觀冲输出环节，增加一个单稳电路，使开通脉冲比关断昧冲延迟150ys输岀】再是在主回路釆用可靠的辅助换流电路。
可以看岀，SCR,的关断能量由一55GV电源提供。在SCR<导通时,d已经莎有相对Vx为一550V电能，在SCR』触发蔽冲消失后，开通辅助可控硅SCR\,G由—SCR,—SCRr—LLCm回路放电，如图4(a).放电完毕—&的谐振电流经由Cf—Lz—D,—SCR(-*Cr回路对Cz反向充电，如图4(b),从而迫使SCRt电流降为0而关断。SCR,关断后,反向充电电流经过D.构成回路.直至谐振结束.按照实际系统中的元件数据计算，这一过程的时间t<100ps,与控制信号延退时间150個相比，至少有50ys的余量。系统采用了一套专用变压器与整流器,提供换流所需的一550V电源，虽然代价沉重，但能使设备在环境较差的车间也能可靠运行’这是该保护装置的突出特。
四、谐波效应分析
从变频调速研究领域出发，本系统有两大缺陷,一是电机不能作四象限运行,二是系统存在较严重的谐波效应，但是，包装工艺不要求电机四象限运行，所以这里只对谐波效应进行分析。
逆变器输出的六阶梯波电压波形如图2,将线电压与相电压分解成富氏级数可得：
可见，输出电压波形含有5,7,11……次高次谐波，是严重的非正弦波.将该电压加到感应电动机上，按照电机学原理，相应的谐波电流为：
这里X1、X,为基波频率下定转子等效漏拭.由此会引起两种后果。一是谐波损耗正比于谐波电流有效值的平方,F=SFR=5,

对于总容信为lOkVA的调速系统，谐波损耗引起总损耗增加量可达20%,二是各次谐波磁场与不同次数谐披电流相互作用而产生恒定转矩之外的脉动转矩,其中，-基波气隙破场与5,7次转子谐波电流作用产生的6倍于基波频率的脉动转矩，其幅度可超过额定转矩的10%.6000型系统将最低工作频率眼制为皿，避免了强烈的转矩豚动，但由于谐披电流的大小只决定于谐波电压与谐波漏抗,而与负载及转速无关，因此限制最低转速对系统容量损失与谐波损耗不起作用*为了进一步提高系统性能，提高功率因数，只能靠高质量的电机弥补,按照(6)式;备用电机应选择漏抗大的电机.
总之.6000型包装机变頻调速系统是交—直一交电压型装置，采用180导电型六阶梯波调制原理。控制系统实用简単.保护装置可靠独特，既提高了电源利用率，又提高亍劳动生产率.虽然变頻系统的性能不高，但满足了卷烟厂的包装工艺要求，适当改进后还可以应用于制丝与卷接工艺，作为机电一体化的烟草机械设备，值得借鉴.

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