船舶电气知识要点

第七章交流变频调速及变频器

公式N=(1-s)

N 实际转速

N1同步转速

S 转差率 f 电机供电频率 p 电机极对数

三相异步电动机的调速方法：改变转差率（适用于绕线式异步电动机）和

改变旋转磁场的同步转速（适用于鼠笼式异步电动机）

1改变转差率：电动机定子电源电压

2改变旋转磁场的同步转速：定子极对数供电电源频率

交流异步电机最主要的调节方式是：变频调速

现代的变频器都是由大功率电子器件构成，被称为静止式变频装置，

是系统的中心环节

变频调速系统由静止式变频装置、交流电动机、控制电路三大部分组成

控制任务大多由微处理机承担

交流变频调速的三种基本控制方式

忽略定子漏阻抗压降，三相异步电动机每相电压：U1≈E1=4.44*f1*W1*Kw1*Φm

U1电机每相电压 E1感应电动势 f1频率 W1每相绕组匝数

Kw1 匝数系数Φm每极磁通

基频（额定频率）以下的变频调速有三种控制方式

1恒电动势频率比E1/f1 通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，改善了低速性能，但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力受到限制。

2恒压频率比 U1/f1（最容易实现，机械特性是平行下移，硬度也较好，满足一般，低速带载能力差，需对定子压降实行补偿）

3转子全磁通的感应电动势频率比Er/f1 实现起来比较复杂

基频以下，电压和频率成比例变化

基频以上，磁通和频率成反比例变化

变频调速以下几个特点：1从基频以下调速，为恒转矩调速方式；从基频以上调速，

近似恒功率调速方式

2调速围大 3机械特性较硬，静差率小相对稳定性好

4 运行时转差率小损耗较小效率高 5频率可连续调节，变频调速为无级调速

交直交变频器有：整流器滤波器逆变器（逆变器是核心，里面核心元器件是大功率开关器件，分为两组，轮流控制切换频率，改变输出交流电频率，按直流输入端接入滤波器的不同分为电压源型和电流源型。按电子开关频率不同分为180度导电型和120度导电型。）

交直交变频器的调压方法有可控硅整流器调压，直流斩波器调压， PWM调压

主电路包括：整流电路，中间电路，逆变电路。整流环节通常使用：电力二极管，晶闸管，IGBT，电力电子器件。整流通常是将交流不可控的整流成直流。PWM频率较高，影响电机运行的低次谐波受到很大的抑制，因而转矩脉动小，提高看系统的调速围和稳态性能。

交—交变频器CYCLO（eyelo---converter）或循环变频器，可用于驱动同步或异步电动机，堵转转矩和保持转矩大，动态过载能力强，可四象限运行，电动机功率因数达到1.

电流型逆变器适用于需要回馈制动和经常进行正反转控制的生产机械输出的电流波形为方波，与负载阻抗角无关，并能实现电动机的四象限运行，要求其整流环节为可控整流，直流侧接的是直流电流源，多接大电感，构成高阻抗的电流源，无须设置续流二极管，感性负载能量反馈须改变直流侧电压的极性，都有单相和三相工作的逆变形式。换流方式：负载换流，强迫换流，三相电流源型晶闸管逆变电路，开始角度差为120度，

电流源型变频器CSI由整流器，滤波器，逆变器等三部分组成，整流电路将电网的交流电转换成直流电，再经桥式逆变转变为频率可调的交流电，供给推进电机，改变整流电路的触发角，就改变了中间直流环节电压，改变逆变电路的触发脉冲顺序，就改变了推进电机的转向，

负载换向型变频器LCI属于电流源型变频器，整个转速围输出扭矩大，启动扭矩大，控制简单，同时由于无电刷和熔断器，维护方便，和交---交变频方式相比，使用电子器件数量少，

电压型变频器VSI 和CSI都属于交—直—交变频器，整流器用二极管，可保持电力系统能在任何电机速度的时候功率因数接近0.95，逆变器用IGBT，

电压型逆变器输出的电压形为方波，直流侧接的是直流电压源，多接大电容，作缓冲滤波，构成低阻抗的电压源，功率开关器件都反向并联二极管，为感性负载提供能量至直流侧通路，都有单相和三相工作的逆变形式。三相电压源型各相开始导电时的角度差为120度，

通用变频器外部接口电路包括：顺序控制指令输入，频率指令输入电路，检测信号输出电路及数字信号输入输出电路，

所有变频器对外接电流信号标准都是4—20 mA，都采用屏蔽线，频率端子的设定方式包括电压设定，电流设定，外接电位器设定。CM端是公共端，频率设定主要以频率给定端为主。通用变频器中过电压或欠电压保护参数与调速过程无关。

AUTOCHIEF C20网络型主机遥控系统：系统结构：驾驶台操作单元、集控室操作单元、主机接口单元MEI、主机安全单元ESU、数字调速器单元DGU、分布式处理单元。AC C20型主机遥控系统是集控制、报警和安全保护于一体的综合推进控制系统。 AC C20采用分布式模块化的设计，分布式模块DPU采用标准化设计，模块之间通过双冗余的CAN（control area network）现场总线互联。

AutoChief Ⅳ系统是一种主从型的多微机控制系统，控制单元并无冗余措施。因此，AC C20系统的可靠性要高得多。

分布式处理单元DPU：是采用模块化设计、具有通信功能的智能化远程I／O单元，以单片机作为微处理器，是系统的核心单元。

AC C20系统可以无缝地集成到同一公司生产的K-Chief 500（或DATACHIEF C20）型报警监视与控制系统（也采用CAN总线）中，通过dPSC单元与K-Chief 500 系统相连。在K-Chief 500系统的操作站OS上可以对AC C20系统进行系统组态、参数修改及状态监视，如AC C20系统中各个模块的状态显示，对于使用者十分方便。一些非重要的传感器可以与K-Chief 500系统共享，这样就有效地减少了安装和电缆成本。系统文件都储存在K-CHIEF500系统的操作站。打开操作站的AC C20界面，可以看到本船AC C20系统的实际配置框图，包括设备安装位置、工作状态、控制器总线状态；双击DPU图标，可以看到该DPU的各通道号、通道作用、通道参数设臵、通道状态、通道报警设定值等。