变频电源范文

导语：如何才能写好一篇变频电源，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

1、单相变频电源的主电路采用交一直一交电压型变频电路，主要由整流、滤波、逆变组成。整流部分采用单相桥式整流模块，实现AC/DC的转换；滤波环节采用滤波电容来稳定直流电压；

2、逆变部分采用智能功率模块DIP-IPM，实现DC/AC的转换。变频电源的控制回路用来调节电源系统输出信号的频率和幅值，实现变压变频。为保证系统安全可靠，设置了过压欠压检测保护电路、光耦隔离驱动电路、辅助电源转换电路等。

（来源：文章屋网 ）

篇2

关键词：变频器；输出特性；波形分析

引言

众所周知，我们所使用的市电频率是50Hz，但是，在实际生活中，有时需要的电源频率不是50Hz，这就需要变频电源。对一个电源来说，用户期望它在各种性质的负载下，都能输出稳定的电压，变频电源也不例外。因此，有必要研究变频电源在各种性质的负载（纯阻性，感性，容性，非线性）下的输出特性。

1实验方案

本实验的接线框图如图1所示。

50Hz的三相电网电压经变频器整流逆变后，输出频率可变（用户可自行调节输出频率）的正弦波，经LC滤波后，再经过升压变压器（作用是升压和隔离）加到三相负载上。三相负载可以是纯阻性，感性，容性和非线性。

本实验期望得到的结果是，当变频器的输出电压和输出频率设定为固定值时，此变频电源装置能在各种性质的负载下，输出稳定的电压和频率。

2参数选择

2．1变频器

本实验用的变频器是SIEMENS公司的MIDIMASTERVECTOR（MDV），它的输出功率是7.5kW，额定输入电压380V，输出电压可调，输入频率50Hz，输出频率可调。

2．2变压器及滤波参数

由于变频器输入额定电压是380V，输出电压在0～380V范围内可调，本实验设定变频器输出电压最高为300V，因此，就需要一个升压变压器，变比为300/380，使加在负载两端的电压为380V。

由于采用的滤波电路为LC滤波，其滤波电感和电容须满足式（1）

1/2μ（根号LC）≤根号f1fs（1）

式中：fs为变频器的开关频率，fs=4kHz；

f1取为fs。

所以根号f1fs=根号（800×4000）=1789Hz

如果取L=7mH，C=1.5μF，则=1/[2π(根号LC）]

1553Hz满足式（1）。

2．3负载参数

在纯阻性负载实验中，每相均采用5个250Ω，额定功率200W的电阻串联；在感性负载实验中，每相均采用3个250Ω/200W的电阻并联，然后再跟62mH的电感串联组成感性负载；在容性负载实验中，每相用3个10Ω/250W的电阻串联，再跟70μF的电容串联组成容性负载，另外，每相用5个250Ω/200W的电阻并联，再跟70μF的电容并联也组成容性负载；在非线性负载实验中，采用额定电压为800V，额定电流为20A的整流桥作为非线性负载。

3实验过程及分析

按图1接线，其中三相滤波电感L均为7mH，三相滤波电容均为1.5μF，变压器采用/Y接法，变比是300/380，变频器输出频率设定为60Hz，然后接不同性质的负载进行实验。

3．1纯阻性负载实验及分析

三相负载均采用五个250Ω/200W的陶瓷电阻串联，输出电压为300V，当确认一切接线都没有问题时，开始实验，测得波形如图2所示。分析及说明如下：

1）由于变频器输出电压为300V，则变压器输入电压接近300V，而变压器变比是300/380，所以，理论上变压器输出电压为380V，其峰值为537V；

2）实验中，通过观察图2中的波形，得到变压器输出电压峰值的实验值为540V，接近理论值；

3）用频谱分析仪观察谐波分布，看到4kHz的谐波与60Hz基波相差最大，有30dB，即谐波约占基波的3.16％。

3．2感性负载实验及分析

把图1中的负载换成感性，其中每相均用3个250Ω/200W电阻并联，再跟63mH的电感串联，三相负载接成星形，输出电压为300V，当确认一切接线均没有问题后，开始实验，测得波形如图3所示。分析及说明如下：

1）用频谱分析仪观察谐波分布，发现此种情况下300Hz以内谐波及4kHz，8kHz谐波与60Hz的基波相差30dB左右，即谐波成分约占基波的3.16％，其余次数的谐波含量更低，表明滤波效果良好；

2）为了进一步改善波形，尝试把每相滤波电感由7mH换为10mH，再观察谐波分布，发现高次谐波（4kHz，8kHz）与基波相差33.6dB，波形有所改善，如图4所示；

3）由于本次实验所用电感的漆包线比较细，不能承受很大的电流，因此，把变频器输出电压调节为230V，此时理论上变压器输出电压峰值应为412V，观察图3波形,发现实验值为420V，基本接近理论值。

3．3容性负载实验及分析

3．3．1电阻与电容串联

把图1的负载换成三相容性负载,每相均由3个10Ω/250W的电阻串联，再与70μF的电容串联，变频器输出电压为298.4V，测得波形如图5所示。分析与说明如下：

用频谱分析仪观察谐波分布状况，发现最高次谐波为高次谐波（4kHz，8kHz），其倍频与基波相差35dB，即谐波成分占基波的1.8％，滤波效果非常好，有高次谐波，是因为变频器的开关频率为4kHz。

3．3．2电阻与电容并联

再把负载换成每相均由5个250Ω/200W的电阻并联，再与70μF的电容并联，变频器输出电压为303V，测得波形如图6所示。

3．4非线性负载实验及分析

把图1的负载换成额定电压为800V，额定电流为20A的整流桥作为非线性负载，变频器输出电压为300V，检查一切接线均无问题后，开始实验，实验情况如下：

1）整流桥输出电压波形，如图7所示，其理论值为515V，观察波形，实验值为520V，相差不大，实验效果还可以；

2）变压器输出电压波形，如图8所示。用频谱分析仪观察谐波分布，发现谐波比较厉害，其中300Hz的谐波最厉害，与60Hz基波相差20.6dB;120Hz，240Hz，1.2kHz，4kHz，8kHz谐波也较厉害，其中4kHz的谐波与基波相差28.8dB，8kHz的谐波与基波相差34dB；

3）尝试把滤波电容由1．5μF变为3μF，发现高频部分谐波有所减小，波形更接近正弦波；

4）再把滤波电感由7mH变为10mH，发现谐波分布无明显变化。

3．5实验结果总结

在综合分析了上述实验波形及数据后，总结如下：

1）当变频器输出频率设定为60Hz时，变频电源在各种性质的负载下输出频率也为60Hz，波动很小，符合设计要求；

2）在纯阻性负载情况下，变频器输出电压设定为300V，变频电源输出电压峰值为540V，在510V～564V的范围内（理论值的波动在±5％范围内）；

3）在感性负载情况下，由于所用电感的漆包线比较细，承受电流比较小，最多3A，因此，把变频器输出电压调节为230V，此时变频电源输出电压峰值为420V，照此推论，如果变频器输出电压为300V，则变频电源输出电压峰值为549V，也在510V～564V的范围内，满足要求；

4）在容性负载情况下，当电阻与电容串联时，变频器输出电压为298.4V，变频电源输出电压峰值为530V；当电阻与电容并联时，变频器输出电压为303V，变频电源输出电压峰值为540V；

5）在非线性负载情况下，变频器输出电压仍然设定为300V，此时变频电源输出电压峰值为530V，也在510V～564V的范围内，同样满足要求。

篇3

关键词：有源功率因数校正；正激变换器；振动棒；变频调速

引言

随着电力电子技术，微型计算机和大规模集成电路的飞速发展，使得由变频器组成的交流电机变频调速系统迅速发展成熟起来，并得到了越来越广泛的应用。

现有的振动棒产品基本上都是一种电动机带发电机，再由发电机提供200Hz交流电，带动高速振动棒电机运行的工作状态[1]。其突出的缺点是体积和重量都比较大，对现场施工造成使用和移动上的很大不便。本文研究的重点是将交流变频调速技术，应用在振动棒这一种小型建筑用机械上，开发一种新型变频电源。在实现振动棒功能的同时使整机的体积和重量都大幅减小，并提高输入端的功率因数，稳定输出端的电压和频率，还能降低产品的成本。该变频电源基本性能指标如下：供振动器的内置式异步偏心式振动电机的电源频率为200Hz，单相输入，三相输出，电机的线电压为42V，单机功率为350W，要求能带双机运行。

1电压型逆变器的主电路

变频电源不但要实现变压和变频功能，还要使输入与输出实现电气隔离，并且还要满足电网的谐波要求，其基本结构一般均包括AC/DC，DC/DC和DC/AC等几个重要部分。

本电源主电路由APFC前级，DC/DC和三相逆变3个部分构成。输入经全桥不控整流后，用Boost电路作为APFC的电路拓扑进行电压预调节。DC/DC部分采用单端正激变换器实现降压和隔离的功能。三相逆变部分则采用SPWM控制方式，其基本结构如图1所示。由于采用了功率因数校正技术，因此输入功率因数高，电网侧流谐波小，对电网的谐波污染很小；而且当电网电压波动或负载变化时，由于DC/DC环节的控制可以保持三相逆变部分的直流侧电压稳定，从而使系统的输出电压稳定，而不需要通过调节三相逆变部分的调制深度来改变输出电压的大小，因此，对逆变部分的控制芯片的要求就可以降低，可以采用比较廉价的CPU。另外，由于是低压逆变，则可采用低压MOS管作为逆变电路的功率开关管。

2有源功率因数校正（APFC）电路

采用平均电流控制的Boost电路来实现APFC，是目前在高频开关电源中使用最广泛的一种APFC控制方法。应用平均电流控制法的功率因数校正器的控制电路在市场上已有很多种集成电路芯片可供选择，其中美国Unitrode公司的UC3854是很有代表性的一种，并在实际中得到了较广泛的应用。在本方案中，就是采用Unitrode公司的UC3854芯片来实现的，其电路原理图如图2所示[2]，输入端电压电流实验结果如图3所示。实际电压和图中电压对应关系为为1V∶1V，实际电流和图中电流对应关系为4A∶1V。

3正激（Forward）变换器的设计[2]

振动棒是一种手持式电动产品，为了操作人员的人身安全，输入与输出之间要实现电气隔离。APFC前级的输入与输出是没有隔离的，实现隔离的功能是由DC/DC部分完成的。由于采用的是高频DC/DC变换电路，因此变压器的体积可以做得很小。另外，由于APFC的输出电压大约为350～400V，考虑到后面逆变电路开关管的电压应力问题，DC/DC部分应该还具有降压的功能。基于这种考虑，在本方案中，DC/DC部分采用的是正激变换电路（ForwardConverter）。正激变换器的最大优点是结构简单，可靠性高，减少了成本和重量。考虑变压器的磁复位问题，本方案采用如图4所示的电路。在开关管导通时，变压器传输能量，在开关管关断时，输出二极管D1反偏没有能量泄放回路，磁化能量将引起较大的反压加在MOS管的漏极和源极之间。采用N2线圈的作用就在于经二极管D可以把储存的能量返回到电源中。只要N2和N1的匝数相同，开关管承受的漏－源电压就为2Vs。采用N1与N2两个绕组双线并绕的方法，可以减小漏感。在图4电路中，功率开关的控制芯片采用的是Unitrode公司的UC3844。

4三相逆变器控制、驱动与保护电路的设计

4.1逆变控制电路的设计[3]

由于本方案逆变部分不需要通过调节调制深度来改变输出电压的大小，仅须实现变频功能就可以，故控制电路采用的芯片是INTEL的87C51FX系列的8位单片机，价格比通用的Intel196单片机大大降低，而性能足够。一般而言，应用CPU产生PWM的典型用法是采用定时的方法，在定时中断中通过查询的方式来确定三相的输出。但是，这种方法只适用于输出PWM脉冲频率很低的情况，当输出频率大于1kHz时，中断查询时间就可能会长于最小输出脉冲宽度，这样就会造成输出脉冲宽度变大或减小，使输出谐波加大，三相之间的对称关系也会受到影响。与普通的51系列单片机相比，87C51FX增加了一个可编程的计数器阵列（PCA），它由一个16位的定时器/计数器和5个16位比较/捕捉模块组成，如图5所示，其功能与Intel196单片机的EPA相似。PCA的16位定时器/计数器作为比较/捕捉模块的定时标准，因此，主要作为定时器使用，每个比较/捕捉模块都有4种用途，即捕捉外部引脚CEXn上输出电平发生跳变的时间，软件定时器，高速输出和脉冲宽度调制输出。

本方案采用不对称规则采样法产生三相6路控制脉冲。相比于对称规则采样法，不对称规则采样法所形成的阶梯波更接近于正弦波。将计算出的三相脉冲宽度的值存成一个数据表，作为定时基准，在程序中查询这些定时时间就可以得到6路控制脉冲。工作原理简述如下：应用87C51FX的软件定时器和高速输出方式，在16位比较方式中，16位PCA定时器的计数值和模块中的16位比较寄存器中的预置值在每个机器周期进行3次比较，若相等则产生一个匹配信号，使模块工作于高速输出方式，即在PCA定时器计数值和模块的比较寄存器比较相等时产生一个匹配信号，该信号使外部引脚CEXn上的输出电平发生跳变，如果允许也产生一个PCA中断。由软件来设置CEXn上输出电平的初态，就可以使该引脚在预定时刻达到时发生正（负）跳变，利用这种方式就可以产生16位PWM波。

由于引脚的跳变不须经过CPU的运算来完成，因此，避免了由于最小脉冲宽度过窄而造成的脉冲宽度变化。程序主要由主程序和中断服务程序两部分组成。主程序主要是进行初始化工作，将定时器和各个寄存器赋予初值。中断程序主要包括用于产生PWM脉冲的PCA中断服务程序和保护中断程序：在PCA中断服务程序中，主要是将下一个定时时间赋值给各个模块的比较寄存器；保护中断程序主要是处理当有保护信号到来时，封锁PWM输出。

4.2驱动电路的设计[4][5]

本方案中驱动芯片采用IR2130。IR2130的最大优点是可共地运行，因此只需要一路控制电源。而且它的6路输出信号中的3路还具有电平转换功能，既能驱动低压侧的功率器件，也能驱动高压侧的功率器件。IR2130还具有电流放大和过电流保护功能；欠压锁定并能指示欠压和过电流状态功能；输入端噪声抑制功能；同时还能自动产生上、下侧驱动所必需的死区时间（2μs）等功能。实际应用中的驱动电路如图6所示。

4.3保护电路与主电路的设计

由于驱动电路部分具有电流保护功能，因此，保护电路部分只设计了电压保护，包括输入过压、欠压保护和输出过压、欠压保护。保护电路如图7所示。其中，这几种保护功能的实现电路是类似的，即输出（或输入）电压经过分压后送到比较器的反相端，比较器的同相端接给定电压。他们的区别在于比较器的输出不同，即输入过压和输出过压时，比较器输出低电平；输入欠压和输出欠压时，比较器输出高电平。前面3种保护电路的输出经过4011的运算后，成为“或”的关系，即只要有一种故障发生，得到的故障信号就是高电平，送到CPU的外中断端口进行相应的处理。输出欠压时，比较器输出高电平，发光二极管点亮，同时蜂鸣器发出声音报警。

由于DC/DC部分的输出电压比较低，因此，主电路部分采用的功率开关管是低压MOSFET。同时，为了减轻开关过程中功率管的负担，在主电路部分采用了缓冲电路，如图8所示。其中三相逆变桥由6个MOSFET组成，D1～D6是MOSFET自带集成的快速恢复二极管，R，D，C组成了缓冲电路（也可以看出是U，V，W三相缓冲电路的等效电路）。

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关键词：变频器；干扰；因素；预防；措施

中图分类号：F407文献标识码： A

目前工业所用变频器，其开关元件大多采用较大功率的开关元件，如：IGBT、GTO等。变频器的主要控制方法有：U/F（恒压频率比）、PAM（脉冲幅度调制）以及矢量控制等。变频器以其节能、软启动、多台控制等优点在现代工业生产中得到广泛应用。但变频器也有自身缺陷，即易受到电气干扰，干扰来源来自变频器自身及设备等，变频器在电气干扰下，其运行可靠性受到较大影响。因此，在实际应用中，需做好电气干扰的预防措施，以保证变频器能够可靠运行。

1内部电气干扰与预防措施

在进行变频器安装或安装变频器柜时，变频器干扰是每一位安装人员所需重点考虑的问题。变频器是为设备的控制系统，一旦发生变频器因干扰问题造成变频器误动作、当机时，被控制设备也因此停止工作，导致工业成产中断，对工厂造成巨大的经济损失。因此，保证变频器的运行可靠性，对保障工业生产效益有着重要意义。

在安装变频器时，通过以下安装处理，可以解决大部分电气干扰问题：①将变频器主电路与控制电路分开安装，保证主电路与控制电路的线缆没有交叉、缠绕；②将变频器主电路线缆使用金属管包裹，利用金属管屏蔽电磁干扰；③严格按照接地标准对变频器进行接地处理。下面为具体干扰因素分析与解决措施。

1.1高次谐波电气干扰与预防措施

1）高次谐波电气干扰。变频器自身携带的整流电路在工作时会产生一种非线性谐波，即高次谐波。在实际工作时，变频器自身所携带的整流器会产生一定量的高次谐波，这些高次谐波首先会产生一种辐射干扰，然后与电网系统相连的各个负载部分在带有高次谐波的谐波电流作用下，造成电源侧功率因数降低，对与电网相连的负载与变频器自身产生不同程度的影响；除辐射干扰外，整流器还会产生传导干扰，传导干扰会使与变频器相连的异步电动机发出电磁噪声以及异步电机的铜损与铁损增大，导致异步电机的效率与功率因数有较大降低、同时异步电机在运行时震动程度增加、机身温度上升较快等影响。因此，为了保证变频器与电源侧负载运行的可靠性，需采取措施抑制或消除电源谐波干扰。

2）预防措施。为抑制高次谐波措施图，具体过程如下：①在变频器电源输入侧安装电流滤波器，利用电源滤波器降低变频器电源侧的高次谐波电流；②在变频器电流输出端安装电流滤波器，降低变频器在工作时产生的高次谐波，从而有效降低异步电机运行时产生的电磁噪声；③当电源容量超过500千伏安以上，且容量超过变频器容量的10倍以上时，变频器会因电源阻抗较小，导致变频器工作时因电源谐波的增加，造成变频器整流电路中的整流二极管与电容发生损毁，因此在实际工作时，应采用电源适配电感器与滤波器组合使用。

1.2电磁噪声干扰与预防措施

1）电磁噪声干扰。变频器在工作时，其斩波通过高波频率输出。变频器也因此在实际运行中相当于一个干扰源，产生大量的电磁噪声。电磁噪声根据传输途径可分为3种：

①辐射式电磁噪声传播，即通过与变频器相连的输出、输入线路传播，它又可分为变频器直接辐射噪声、电源线辐射噪声和电动机辐射噪声三种。这类辐射传播噪声会造成测量仪表、传感器等设备的误动作。易受此种传输方式干扰的元器件大多数是传感器、各类测量仪表等这一类设备；

②感应式电磁噪声干扰。感应式电磁干扰，其主要产生原因为：变频器附近的输出、入线路的外部设备在电磁感应以及静电感应的作用下产生噪声干扰，这类电磁噪声同样会对设备产生一定的影响；

③电源传播式噪声干扰。电源传播式噪声干扰，其干扰传播方式为：当变频器与其设备共同使用同一电源供电时，变频器在运行时产生的电磁噪声会通过相连的电源线传入变频器设备，设备在电磁干扰的影响下，易发生误动作。

2）解决措施。针对辐射式电磁噪声，我们需要采取以下几种有效措施：第一种方法是将受到辐射传播噪声影响的外部设备安装到远离变频器的地方，从而降低辐射传播噪声对它们的影响；第二种方法是在变频器输入输出动力线上安装线性滤波器，这样以来，可以有效的抑制电源线辐射噪声；第三种方法是在设备信号线上使用屏蔽线并接地，同时也要在输入输出动力线上使用屏蔽线并接地，这样就形成了屏蔽层，从而抑制电磁噪声对设备的干扰。

针对感应式电磁噪声干扰，我们采取的抑制对策与辐射传播噪声的抑制对策是相同的。变频器设备使用同轴电缆，或使用双绞屏蔽线代替设备信号线，以此达到抑制或屏蔽感应式电磁噪声干扰的目的。电源传播式电磁噪声干扰的预防措施：采用降低载波频率的方式，抑制电磁噪声干扰。

针对电源传播式噪声，为了避免其它设备的误动作，需要采取和抑制以上两种噪声相同的策略，有效的抑制这种电磁噪声。

2变频器外部电气干扰与预防措施

在变频器安装位置附近，通常还安装一些继电器、电磁接触器等电气设备。这些电气设备在实际工作时，会产生电磁噪声干扰。电磁噪声的产生，会对安装于附近的变频器产生一定干扰，在电磁干扰的作用下，变频器运行可靠性受到影响，是变频器易发生误动作。为了保障变频器能够可靠运行，有必要对变频器采取防干扰措施。

1）设备需安装电磁噪声抑制器。解决外部设备对变频器的电磁干扰，主要有两种解决方式，一种是在设备上安装屏蔽设备，第二种就是对变频器安装屏蔽装置。电磁噪声干扰来源于设备，因此在干扰源头安装电磁噪声屏蔽装置有着良好作用。例如，在实际工业生产中，作为变频器设备之一的直流继电器，其输入端与变频器的输出端相连，为了防止继电器产生的电磁噪声对变频器产生干扰，需在变频器输出端与继电器输入端安装电涌吸收管，使继电器产生的电磁噪声干通过电涌吸收管的作用，抑制电磁噪声，从而保证变频器的运行可靠性。

2）变频器本身安装防干扰装置。在对变频器设备安装电磁噪声干扰抑制器的同时，还可对变频器本身安装电磁噪声抑制器。例如，通过对变频器安装滤波器，使设备产生的电磁噪声干扰信号在滤波器的作用下得到抑制、消除，从而达到抑制电磁噪声干扰的目的。

3变频器产生的泄露电流

泄漏电流主要包括对地漏电流和线间漏电流两种，对地漏电流容易使断路器、继电器等设备产生误动作，对它最有效的抑制对策就是降低载波频率，选择合适的设备。线间漏电不仅会使继电器产生误动作，还会对变频器本身造成一定的影响，抑制这种漏电流也是采取以上方法。在使用变频器内的电子热继电器时，要注意缩短它的动力线长度，对于3.7千瓦的变频器，要将动力线控制在50米以内，对于超过3.7千瓦的变频器，需要将动力线控制在100米以内。

结束语

在变频器实际工作运行中，除设备与变频器本身产生的电气干扰外，其工作环境对变频器也存在一定干扰，例如：雷电、温度、湿度、电网波动等，这些因素的变化对变频器工作可靠性同样产生较大影响。因此，在实际生产中，需对干扰因素进行分析，从而找出解决办法，保障变频器的工作可靠性。

参考文献

[1]徐淑莉.电气设备抗干扰能力的探索[J].科技信息.2010(05).

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关键词：变频空调；电气控制系统原理；无刷直流电机；转子位置检测

一、变频空调工作的特点

变频空调可以根据环境的温度变化自动选择制冷、制热和除湿等功能，让房间在短时间

内达到用户所需要的温度。因此，变频空调具有多种特点，具体分析如下。

第一，当变频空调刚启动时，其运转频率最大，通常超过130HZ，同时在这个时候，变频空调的制冷和制热速度最快，能够在最短的时间内让房间温度达到用户所需的温度。

第二，变频空调不需要进行频繁的开关机，由于变频空调在很大部分时间内都是进行低频段运转，所以，整机的噪音较低。

第三，当变频空调在开机半小时之后，就可以自动转入节能运行。如果在夜间使用节能功能时，应在低频下运转，这样才能使能效达到最高，更能起到节能省电的作用。

第四，当变频空调在刚启动时能够以高速进行运转，但它并非一直以高速运转的，当室温达到所设定的温度时，就会自动转为低频进行运转工作，因此，变频空调对于温度的控制比较精确。

第五，通常情况下，一旦室温低于8℃，空调器便不能正常运行，而变频空调便不是如此，它能够在室温低于-15℃时依然能够制热运转，从而实现了变频空调超低温运行功能。

第六，由于变频空调在进行控制室温的过程中，主要以低频运转为主，又加之开关机比较少，对变频空调产生的损害较小，同时压缩机和空调的整个系统运行的比较稳定，基于这些原因，变频空调的使用寿命要比普通的空调长，且对电网造成的冲击比较小，从而保证了家用其他电器的安全。

二、变频空调系统设计及电气控制系统原理

（一）系统设计

变频空调系统主要由制冷系统和控制系统构成。在分体式的变频空调中，其运转部件主要由室内风机、室外风扇以及压缩机组成，主要将空调器内部产生的冷、热空气带到房间内的不同区域，最终让室温在短时间内达到用户所需要的温度。对于温度的设定及其他空调的运转功能等，都是利用红外线遥控器和室内机控制板上的红外线接收器，来对变频空调的各项功能进行控制，将控制指令发送到室内机控制板上的单片机中。而实现对风扇电机和风门电机的控制主要是利用汇编指令和温度传感器的状态进行实施控制过程的，因此，变频式空调器电气控制系统具有高效率、低噪音，且体积较小，质量较轻的特点，最终实现对温度的精确控制功能。

（二）电气控制系统原理

1.直流变频概念

我们把采用无刷直流电机作为压缩机的空调器称为“直流变频空调”从概念上来说是不确切的，因为我们都知道直流电是没有频率的，也就谈不上变频，但人们已经形成了习惯，对于采用无刷直流压缩机的空调器就称之为直流变频空调。

2.无刷直流电机

无刷直流电机与普通的交流电机或有刷直流电机的最大区别在于其转子是由稀土材料的永久磁钢构成，定子采用整距集中绕组，简单地说来，就是把普通直流电机由永久磁铁组成的定子变成转子，把普通直流电机需要换向器和电刷提供电源的线圈绕组转子变成定子。这样，就可以省掉普通直流电机所必须的电刷，而且其调速性能与普通的直流电动机相似，所以把这种电机称为无刷直流电机。无刷直流电机既克服了传统的直流电机的一些缺陷，如电磁干扰、噪声、火花可靠性差、寿命短，又具有交流电机所不具有的一些优点，如运行效率高、调速性能好、无涡流损失。所以，直流变频空调相对与交流变频空调而言，具有更大的节能优势。

3.转子位置检测

由于无刷直流电机在运行时，必须实时检测出永磁转子的位置，从而进行相应的驱动控制，以驱动电机换相，才能保证电机平稳地运行。实现无刷直流电机位置检测通常有两种方法，一是利用电机内部的位置传感器（通常为霍尔元件）提供的信号；二是检测出无刷直流电机相电压，利用相电压的采样信号进行运算后得出。在无刷直流电动机中总有两相线圈通电，一相不通电。一般无法对通电线圈测出感应电压，因此通常以剩余的一相作为转子位置检测信号用线，捕捉到感应电压，通过专门设计的电子回路转换，反过来控制给定子线圈施加方波电压；由于后一种方法省掉了位置传感器，所以直流变频空调压缩机都采用后一种方法进行电机换相。

4.变频驱动模块

这一部分指的是完成直流到交流的逆变过程，用于驱动变频压缩机运转的逆变桥及其周围电路。变频空调上通常采用6个IGBT构成上下桥式驱动电路。在实际应用中，多采用IPM（IntelligentPower Module）模块加上周围的电路（如开关电源电路）组成。IPM是一种智能的功率模块，它将IGBT连同其驱动电路和多种保护电路封装在同一模块内，从而简化了设计，提高了整个系统的可靠性。现在变频空调常用的IPM模块有日本三菱的PM系列及日本新电元的TM系列（内置开关电源电路）。

5.通讯电路

从主机（室内机）发送信号到室外机是在收到室外机状态信号处理完50毫秒之后进行，副机同样等收到主机（室内机）发送信号处理完50毫秒之后进行，通讯以室内机为主，正常情况主机发送完之后等待接收，如500毫秒仍未接收到信号则再发送当前的命令，如果1分钟内未收到对方的应答（或应答错误），则出错报警；同时发送信息命令给室外，以室外机为副机，室外机未接收到室内机的信号时，则一直等待，不发送信号。由于空调室内机与室外机的距离比较远，因此两个芯片之间的通信（+5V信号）不能直接相连，中间必须增加驱动电路，以增强通信信号（增加到+24V），抵抗外界的干扰。

6.电源的滤波及保护

该部分主要的功能是吸收电网中各种干扰，并抑制电控器本身对电网的电磁串扰，以及过压保护及防雷击保护。

三、结语

综上所述，了解了变频空调的特点和电气控制系统的原理，才能更好的评估及测试变频空调，从而使变频空调更加安全可靠的为人们的日常生活提供舒适环境的保证，满足人们对高品质生活的需求。

参考文献：

[1]江静，张雪松.基于模糊PID控制的变频空调电气控制系统的设计[J].华北科技学院学报，2010，（4）：64-70.

篇6

关键词：绝缘栅双极型晶体管；IGBT；击穿（炸机）；海上平台；电潜泵；变频柜 文献标识码：A

中图分类号：TN733 文章编号：1009-2374（2016）17-0148-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.17.072

1 IGBT击穿故障原因分析

2013年在避台风回到平台恢复生产时，南海某A平台B-22H和B-11H各有一整流模块在送电时内部炸机，当时厂家ABB人员随即从B-03H变频柜拆下一个整流模块恢复B-22H变频柜；另拆了一个模块到B-11H变频柜，再次送电时又炸机，另外一台原先未损坏的模块又出现了炸机。相隔不久，同时建造投产的姊妹B平台也出现了6台变频柜炸机故障，同年11月4日，B平台在台风“罗莎”过后，复台时候又发生两台变频柜故障停机，分别是B20井和14井变频柜，其中B20井变频柜是整流侧IGBT短路故障，B14井变频柜是K13接触器无法吸合故障，同一时段A平台也有2台变频柜出现IGBT短路故障。平台变频柜连续发生模块击穿故障，而且问题是发生在避台风回来的时候，模块击穿故障引起ABB厂方高度重视，指派其售后服务工程师现场检查并提供调查处理报告。

1.1 IGBT击穿原因厂家认为与受潮有关

电潜泵变频柜在平台陆地建造期间安装时正好处于南方的梅雨季节，曾有一段时间不能进行驱潮工作，环境湿度较大。在设备投产前，虽然进行了长时间除湿和除尘工作，变频柜表面的水迹已经干了，但是受潮后会在一定时间内影响变频柜性能。虽经全面检查和绝缘测试均达到了使用要求，在运行了一段时间，有一部分变频柜在避台后恢复生产重启时出现IGBT击穿，厂方售后工程师配合平台电气师重新检查了全部变频柜，发现受潮问题也只是个案，不能代表所有设备情况一样，受潮并不是IGBT击穿的主要原因。

1.2 设备上电后启动整流前暖机驱潮工作未做好

厂家认为设备上电后启动整流前暖机驱潮工作未做好，为此平台电气师按要求进行了全面检查和整改

工作：

1.2.1 变频柜上电前先抽出变频柜整流及逆变模块，检查变频柜交直流主回路相间、相对、二次回路对地绝缘有无问题。

1.2.2 用万用表测量整流模块及逆变模块输入输出各极有无接地，测试合格后将整流模块及逆变模块重新安装好。

1.2.3 确保在电机电缆与逆变模块输出端子U2、V2、W2断开的情况下，用耐压测试仪在电机绕组、电机电缆与保护地之间施加国家标准规定的直流电压，绝缘电阻应符合国标准规定要求阻值。

1.2.4 用耐压测试仪在直流母排正负极母线、交流母排相间以及交直流母线对地间施加国家标准规定的直流电压，绝缘电阻符合国家标准规定要求阻值。

1.2.5 按照运行措施和规范的要求，检查柜体应无明显的凝露和潮湿的现象，如果环境潮湿，必须采取强通风措施，在运行前必须先启动逆变模块风机运行30分钟进行驱潮。

1.3 要求变频柜空间加热器电源必须连续工作

厂方要求变频柜空间加热器电源必须连续工作不能有中断，为此平台电气师为每一台变频柜电加热器重新敷设了由不间断电源（UPS）供电的电缆，同时在避台期间因空调无法运行，为达到调控湿度要求，安装了三台除湿机进行连续工作。

平台电气根据厂家的调研报告进行了一系列的整改工作，但是变频柜击穿故障并未停止。2013年11月27日，避台返回恢复生产时又发生三组变频柜发生同样的IGBT模块击穿故障，同时B平台也有两台变频柜IGBT模块短路击穿故障。初步的原因分析并不明朗，故障的频繁出现引起了各级领导和工程师的高度重视，也得到了ABB厂家的技术支持，厂家再次安排传动方面专家进行现场调查和取证返厂进行分析研究。

2 IGBT击穿故障根本原因分析

按照变频柜厂方专家要求，重新进行全面检查，并更换为未投产井同等功率变频柜的相同模块（属于同一批次），进行现场重复启动运行测试。记录各项参数、运行曲线、故障时间点等方面展开。着重检测分析短路故障发生上电启动整流模块的起始时间段，在厂方专家现场的几次上电、启动、运行测试过程中，再次发生了两台变频柜IGBT模块击穿故障，由于是亲身经历厂方专家对自身产品性能的认识有了重新思考，也验证平台方电气师的判断――IGBT发生击穿故障有一个共同特点，就是在变频柜上电启动整流部分的前几秒钟内发生的。如果躲过去这个启动击穿时间节点，那就可以连续运转至停机是不会击穿的，如果在启动整流模块时间点与这个时间节点重合，即发生击穿故障并伴有一声巨响。为分析击穿的根本原因，厂家立即将损坏的模块及尚未发生问题的两组模块带回厂实验室进行分析研究，并记录下所有产品的批次代码及产地等信息，再次分析IGBT击穿故障，寻找问题的根本原因。

2.1 查阅随机资料分析

2.1.1 AGDR（驱动板）提供触发信号去控制IGBT的导通和关断，AGDR从AINT接收的电压及控制信号经过各种电路转换成控制IGBT导通关断的触发信号，如果中间任何元件故障造成触发信号丢失，则AINT接收不到反馈信号，RDCU会给出模块短路故障，有时候触发信号没有完全丢失，但信号不正常，一般会报出模块电流不平衡故障。

2.1.2 故障的AGDR板返回分析（送检的IGBT驱动板），首先检查外观有没有元器件损坏：如果有，直接检测损坏的元器件，再根据原理图检查有无其他元器件损坏，最后上电运行测试；如果没有，需要先上电测试，用示波器观察电路各部分的波形，发现有问题的部分再根据原理图进一步检查

2.2 厂家试验报告分析

下面是AGDR板上有关陶瓷电容电路（C213～C216）部分的简单结构，这一部分目前发现的有四种损坏的情况：

2.2.1 C213或C214损坏，内部结构损坏导致电容变成一个电阻特性，即在+15V和GND之间加了一个电阻，造成IGBT的驱动波形向下偏移，直接影响了IGBT的正常导通和关断。

2.2.2 同样C215或C216损坏，造成了IGBT的驱动波形向上偏移，也会影响了IGBT的正常导通和关断。

2.2.3 如果C213或C214其中一个损坏，同时C215或C216也有一个损坏，这样在整流的+15V和-8V之间直接形成了一个通路，电流会变大，同时会造成整流二极管V201和V221烧坏。

2.2.4 外观检查时有时会发现一个电阻R203烧坏，原因是C213或C214损坏后，在这个电阻上产生了大约2V左右的压降，电阻参数是功率0.25W，阻值10Ω，容易造成这个电阻烧坏。

2.3 根据相关技术资料分析

2.3.1 变频柜快熔保险的熔断时间应该在20毫秒级，对IGBT也是一个过载保护。

2.3.2 变频柜的输出电流大，也会延长IGBT管的关断时间，导致直通。

2.3.3 驱动不足也即驱动电压偏低，容易使IGBT管进入放大状态，IGBT管的功耗大幅增加，IGBT管将迅速烧毁。

2.3.4 IGBT发生擎住效应后，漏极电流过大造成了过高的功耗，最后导致器件的损坏。

2.3.5 IGBT具有极高的输入阻抗，容易造成静电击穿，故在存放和测试时应采取防静电措施。

2.3.6 在并行连接的逆变单元模块中，传动检测到逆变单元中过高的输出电流不平衡。这可能是由于外部故障（接地故障、电机故障、电缆故障等）或内部故障（损坏的逆变器部件）引起。

2.3.7 变频柜硬件故障（APBU/NPBU）板――检查并联整流器的分配单元板。

2.3.8 直流电容器容量变化――可在传动上电但未调制时检测直流电压是否稳定。

2.3.9 控制盘柜型号与传动应用程序的版本不兼容――检查其型号与程序的版本。

2.3.10 不正确的整流/逆变器型号――比较传动单元的额定铭牌与软件中的参数配置。

3 故障处理和防范措施

第一，厂家免费为平台更换存在设计缺陷的同一批次全部IGBT模块共500多块（整流和逆变）。

第二，改进变频柜冷却风机运行控制模式，更改两个平台共55组变频柜内部接线，上电时立即启动冷却风机为内部热备机条件，干燥一段时间后再启动主回路。

第三，变频柜内部电加热器电源改为由平台不间断电源UPS专门供电，停机时连续自动加热驱潮，电潜泵开关间（VFD）安装除湿机，其电源供给也使用不间断电源。

第四，制定详细的海上维护保养技术措施和注意事项：定期做维护保养使设备长期稳定运行；在没有断开变频柜外部电缆连接的情况下，不要对外部电缆进行绝缘测试；当再次连接电机电缆时，应检查相序是否正确；逆变模块的中间回路使用了多个电解电容。这些电容的使用寿命至少有90000小时，实际寿命取决于传动单元的运行时间、负荷及环境温度。通过降低环境温度可以延长电容器的寿命。

4 结语

经过变频柜厂家和平台电气师的反复调查和分析研究，查出变频柜接连发生故障的根本原因是该批次IGBT模块存在设计上的缺陷，不适合海上环境下使用。厂家免费更换此批次IGBT模块，并和平台电气采取了一系列的防范措施，返台或平时启动变频柜再未出现过IGBT模块短路的炸机情况，变频柜运行一切正常。

参考文献

[1] 李丽.电工与电子技术[M].北京：石油工业出版社，2007.

篇7

【关键词】供电系统；变频交流发电机；过压保护；设计保证等级；调压点

【Abstract】This paper presents the design principles of the new civil aircraft overvoltage protection power supply system， and focuses on the architecture and design of hardware-based hardware implementation of the principle of overvoltage protection devices to meet the Airworthiness regulations requirements of civil aircraft， reducing the risk of Airworthiness certification.

【Key words】Electrical power System； Variable frequency AC generator； Overvoltage protection； Design assurance level； Point of regulation

0 前言

目前，新型民用飞机供电系统将采用115/200V、360-800Hz变频交流供电体制，考虑到变频交流发电机的输入转速范围大和转速高，其供电频率取决于发电机的输入转速，变频交流供电系统具有优良的动、静态性能，其应用也带了的新的挑战。

根据某机型供电系统中大功率变频交流发电机（VFG，额定功率120kVA）的电压输出特性可知，在励磁电流饱和条件下，其电压上升率非常高，在电源系统进行大容量负载切换或出现故障时，将会使发电机励磁回路一直处于饱和状态，引起发电机输出过压故障。如果采用与传统飞机供电系统类似的发电机控制器（GCU）单独实现电压调节和保护功能，当GCU过压保护功能起作用后，需要切断发电机励磁绕组，并断开发电机接触器，但是由于GCU的保护控制的延时特性（如延时50ms动作）以及接触器存在固有的响应时间，当发电机在励磁回路电流饱和时，其输出电压会严重超过飞机电网的过压保护门限值，在发电机接触器尚未断开的时间内，机载用电设备将承受过高的电压浪涌冲击，可能导致用电设备故障，从而引起飞机灾难级的飞行事故。

1 变频交流供电系统过压保护原理设计

针对新型民用飞机供电系统的过压保护需求，下面将对供电系统调压点处的过压保护进行原理设计和分析。

变频交流发电系统过压冗余保护结构图

1.1 功能结构和原理

通常飞机供电系统出现过电压的原因主要有三种情况：（1）大容量负载的过程；（2）系统短路故障排除之后，由于发电机调压器的滞后响应引起的过压；（3）励磁系统故障导致励磁回路饱和的过压。

若大功率变频交流供电系统发生过压故障，导致用电设备的损坏，可能发生飞机灾难级失效，根据AC 25.1309-1B，“一个灾难级的故障不可以由单个设备的失效导致”，需要在单个供电通道额外设置一个过压保护装置。

根据SAE ARP 4754A设备设计保证等级要求的确定和分配原则，A级设备可以由两个独立非相似设计的B级设备实现。因此从适航安全性要求方面考虑，应增加过压保护装置构成冗余过压保护结构，以辅助GCU实现过压保护功能。

的变频交流供电系统过压冗余保护结构，在GCU实现保护功能的基础上，需要在发电机输出端增加并联的电源保护控制装置OPU，该装置利用电力电子装置实现发电机输出电压的钳位，并且增加发电机励磁接触器、发电机输出接触器的冗余控制电路，作为GCU的冗余保护，并与GCU独立非相似，即GCU的电源保护功能基于复杂硬件与软件实现，电源保护控制装置OPU不含软件，并且不基于复杂硬件电路实现。

当变频交流发电机输出过电压后，GCU和OPU共同进行过压保护，分成三个阶梯过压保护：

1）0～1ms内出现过压故障之后，OPU在1ms内快速开始响应系统保护控制功能，进行发电机输出过压箝位；

2）1～55ms，在该过程中GCU电压调节（包括电源保护控制）功能与OPU的过压箝位功能同时作用，即通过发电机励磁电流控制及OPU的过压钳位电路共同作用，将发电机输出电压限定在要求范围内（180V以内）；

3）当出现过压（180V）超过55ms后，GCU的电压调节（过压保护）不能达到要求时，OPU的冗余保护功能起作用，切断电源。当电源电压恢复到规定值时， OPU将给出电源接通信号。

GCU和OPU的接互信号包括：

1）由GCU提供给OPU永磁副励磁机电源、28V直流电源、GCU28V电源、GCU保护产生的励磁、主发电机接触器控制信号；

2）OPU提供给GCU的BIT检测信号，包括电压钳位电路、电源冗余保护控制电路、励磁回路接触器、发电机接触器的状态信息；

3）OPU需要获取调压点处的电压信号，并在冗余保护控制时输出励磁回路接触器、发电机接触器的动作信号。

2.2 OPU的硬件结构和原理设计

2.2.1 OPU硬件结构

OPU硬件组成分为两部分：过压钳位电路和延时保护电路，两部分电路自身的工作原理不同，并独立非相似，硬件结构见图2。

过压钳位电路由采样电路1、电压钳位电路、功率电路、能量泄放回路、辅助电源以及状态检测与显示电路组成。

延时保护电路由采样电路2、过压延时比较电路、发电机接触器电路、励磁接触器电路、辅助电源及状态检测与显示电路组成。

过压钳位电路中的采样电路1和延时保护电路的采样电路2均对调节点电压进行检测、调理，为过压钳位、延时保护电路提供信号，但是采用不同工作原理和结构的电路，符合独立非相似结构性，并且提高了采样电路的可靠性。

2.2.2 OPU工作原理

OPU过压钳位电路通过采样电路检测调节点电压，当电压低于180V时，过压钳位电路不起作用，当电压超过180V后，过压钳位电路在1ms内快速响应，钳位发电机输出电压，只到输出电压低于180V后，钳位电路不工作；当发电机输出过电压（180V）连续工作55ms之后，延时保护电路起作用，断开发电机的输出断路器和励磁控制回路接触器，实现保护功能，该延时保护功能与GCU的过压延时保护功能相互冗余，并且独立非相似，提高整个发电系统的安全性和可靠性。

电源保护控制装置中控制电源供电的辅助电源作为整个装置失效率的关键部件，系统组成中将励磁机输出装换成28V的变换器在过压钳位电路和延时保护电路中均作了冗余，过压钳位电路中变换器2作为变换器1的备份和冗余，同样延时保护电路中变换器4作为变换器3的备份和冗余，保证整个装置的各部分在某一变换器失效后，仍然能够正常工作，以降低过压保护装置的失效率。

电源保护控制装置的硬件结构

1）过压箝位保护原理设计

为实现在发电机过压运行状态的电压钳位功能，采用电压钳位保护电路，将发电机输出通过半波整流输出，通过能量吸收电路。在发电机出现过压现象后，即电源保护控制电路产生过压信号之后，产生发电机接触器驱动信号，利用该信号控制能量吸收电路，给发电机增加大负载后，使得发电机电流大幅增加，流过电阻负载，由于发电机固有的外特性，使得其输出电压下降，实现发电机过电压的限定，此时发电机过压产生的能量将消耗在电阻负载上。

2）独立供电电源原理设计

电源保护控制装置系统中采用冗余的电源电路，其中一路由变频交流发电机的副励磁机输出供电，将永磁机输出通过整流，再经功率变换器输出28V独立供电电源，在此基础上利用28V经过辅助电源输出±15V、5V，给电源保护控制装置电压检测、保护电路用，该电源独立于GCU电源系统，能够在GCU失效工作之后，保证电源保护控制装置独立正常工作。另一路由系统28V电源通过辅助电源输出±15V、5V，为电源保护装置检测、保护电路提供冗余供电。副励磁机输出产生28V与28V电源共同给励磁回路、发电机接触器供电，构成接触器冗余供电系统。

2 结语

目前，新型大功率变频交流供电系统采用发电机控制器（OPU）和过压保护控制装置（OPU）共同构成过压保护结构，两者独立非相似，满足了适航安全要求，并为飞机适航取证减小了不必要的风险。

【参考文献】

[1]马述训.飞机设计手册.第16册[M].航空工业出版社，1999，12：118-119.

[2]AC25.1309 System Design and Analysis[S].

篇8

解决办法：

1、改减速停车为自由停车，负载完全停下来的时间较长；

2、减速时间加长；

3、如果负载惯性较大，还希望快速停车，可以加装合适的刹车电阻，使用电阻发热消耗能量的办法避免直流高压侧过电压；

篇9

关键词：高频逆变；电除尘；电源优化；节能减排

中图分类号： TE08 文献标识码： A

Abstract: It has been difficult for the old ESP to meet the new dust emission standards, but the update of the equipment costs a lot of money, therefore, how to reach a higher cost performance becomes the focus of attention . After researches we found that the replacement of the industrial frequency power with the high-frequency inverter of the ESP power can greatly improve the collection efficiency, with a high cost performance and a good prospect of application.

Key words: high-frequency inverter; ESP; power optimization; energy saving and emission reduction

0 引言

电除尘器(ESP)是利用电力将气体中的粉尘分离出来，从而大幅度降低排入大气层中的烟尘量，这是改善环境污染，提高空气质量的重要环保设备。在我国，各类发电厂，燃煤锅炉，碱回收锅炉，水泥厂，垃圾发电厂，以及有色冶金工业、钢铁工业等行业，都不可缺少地需要配备电除尘器。它具有除尘效率高、阻力损失小、耐高温、烟气处理量大、操作自动化程度高等特点，应用广泛。

我国的煤炭消耗占总体能源消费的60%以上，由此引起的烟尘和SO2污染日趋严重。上个世纪80-90年用的电除尘器因为设计时环保要求不高，设计余地不大，急需更新换代。电除尘器供电电源是电除尘系统的关键设备，也是重要的能耗设备。提升电除尘设备供电电源的效率就成为了提高电除尘器效率，达到国家环保的新标准的最有效手段。

1 高频逆变电源原理及特点

高频逆变电源电除尘器的核心思想是把三相工频电转变成直流电，然后再利用现代电力电子技术将直流电逆变成高频交流加以控制，高频逆变的拓扑形式如图1所示：

图1 高频逆变电除尘电源框图

其主要特点是：(l)三相整流器把三相交流电转换成直流电，逆变器再把直流电压转换成高频交变的方波，这种方式在控制上具有很大的灵活性，主要体现在逆变器可以采用PWM(pulse width modulation)、PS-PWM(phase-shift pulse width modulation)、PDM(pulse density modulation)和PFM(pulse frequency modulation)等多种控制方式或多种控制方式的组合。由于采用了高频控制，输出电压的纹波小，系统的动态响应速度快，从而显著地提高了除尘效率。另外，由于控制方式的灵活性，高频逆变电除尘电源可以产生特定的高压输出波形，以适应不同的除尘工况。

(2)逆变器高频交变方波的输出形式使得升压变压器同时可为高频变压器。在保持升压比不变的情况下，高频变压器的高、低压绕组匝数相比于工频变压器明显减少。变压器体积的明显减小，相应制作变压器的原材料，如缠绕变压器的铜、制作油箱的铁、绝缘用的油等材料的使用都会大幅度减少。高频电除尘电源的重量只有传统工频电除尘电源的1/5左右。

(3)与传统的可控硅工频相控电除尘电源相比，高频逆变电除尘电源应用了全控型功率器件IGBT，开关速度快，电除尘器发生闪络时能够立即关断。高频逆变电除尘电源的上述特点使其具有比工频电除尘电源更加优越的性能。传统工频电除尘电源的功率因数约为0.7，效率约为75%；而高频逆变电除尘电源的功率因数达0.9以上，效率可高达95%以上，节能效果非常明显。

2 高频逆变电除尘器的先进性分析

2.1典型稳态输出波形对比

电源的输出电压和电流越大，除尘效率越高。而电除尘器工作电压受闪络电压限制存在上限值，因此，在相同闪络电压下，电除尘电源输出电流越大，除尘效率将越高。图2是稳态工作时高频逆变电除尘电源与工频电除尘电源的典型波形对比图。

图2 稳态时高频逆变和传统工频典型波形对比

由图可见，工频电除尘电源输出电压具有较大的纹波，当闪络电压为约80kV时，平均输出电压约为60kV，只有闪络电压的75%。而高频电除尘电源输出电压较平稳，接近闪络电压。因此，高频逆变电除尘电源具有比工频电源更大的输出电流能力，除尘效率更高。

2.2动态输出波形对比

高频逆变电除尘电源不仅在稳态时具有突出优点，动态性能同样优异。图3为高频逆变电除尘电源和工频电除尘电源在电除尘器发生闪络和重新启动时的典型对比波形。

从上图中可以看出，当闪络发生时，两者的输出电压都迅速下降，不同的是高频逆变电除尘电源能够迅速响应，封锁电源输出，所以输出电流也随之迅速下降至零。而工频电除尘电源由于不能立即关断晶闸管，导致输出电流存在较大过流，且要经过很长时间才逐渐下降至零，在这个过程中，大量能量消耗在电除尘器中，并给电源造成很大冲击。

从图3中还可以得出结论，高频逆变电除尘电源闪络持续时间短，经过较短的退电离时间，系统就可以再次重新启动；而工频电除尘电源由于闪络持续时间长，火花放电严重，电除尘器产生了大量的空间电荷，所以需要经过较长的退电离时间，系统才可以重新启动。当系统重新启动时，由于高频逆变电除尘电源的响应速度快，因此输出电压能够迅速达到预定电压，而工频电除尘电源则需要多个工频周期后才能达到。上述两点表明，高频逆变电除尘电源的有效除尘时间将高于工频电除尘电源，除尘效率更高。

3 高频电源的应用实例

表1给出了各种工业应用采用高频电除尘电源后，粉尘排放量相对于传统工频电除尘电源下降的现场数据[9]。

表1 各种工业采用高频电除尘电源后排放量下降数据

应用场合 地点 安装高频电除尘电源装置数量（台） 排放量减少比例

燃煤锅炉 世界各地 195 ～60%

碱回收炉 Baltic,Canada,South America 143 40-60%

湿式电除尘器 世界各地 103 40-85%

水泥和石灰 Europe 95 ～75%

垃圾 Japan,Europe 51 20-50%

生物锅炉 Baltic 121 10-40%

玻璃制造 USA, Europe 52 ～60%

从表1可见，高频电除尘电源在减小粉尘排放量上的效果显著，平均可高达50%左右。

4 总结

从本文的研究可以看出，高频电源在电除尘器上的使用具有很大的应用空间。高频电源不但可以大大降低电除尘电气设备的电耗，对企业节能减排和应对排放新标准都能起到极大作用。而且高频电源的改造性价比高，对于不方便大规模更换电除尘设备的企业有着很大的吸引力。

参 考 文 献

[1] Y.Liu, X.He. PDM and PFM hybrid control of a series-resonant inverter for corona surface treatmen. IEE Proeeedings Electric Power Application, 2005. 152(6): 1405-1410.

[2] 刘勇,何湘宁,张仲超.脉冲密度调制串联谐振型塑料薄膜表面处理电源的研制.中国电机工程学报，2005.25(26): 155-162.

[3] 张琪.塑料薄膜表面处理电源的PS-PWM控制及其人机界面,硕士学位论文,杭州:浙江大学,2006.

[4] 张谷勋,蒋云峰.电除尘器电源的发展方向――高频化和数字化.电源世界，2007(l): 1-4.

[5] N. Grass, W. Hartmann, M. Klockner. Application of different types of high-voltage supplies on industrial electrostatic Precipitators. IEEE Transactions on Industry Applications,2004. 40(6): 1513-1520.

篇10

【关键词】视频监控；小波变换；变电站

引言

随着计算机技术、通信技术和视频技术的不断发展，对变电站进行远程视频监控成为可能。远程视频监控系统能监控变电站的安全和设备的运行情况以及提供事故发生过程中的图像资料。同时它具有防火、防盗等功能。因此变电站远程视频监控系统将是自动化变电站的发展趋势。本文简要介绍远程视频监控系统的基本原理和功能，并对视频监控的数据处理和传输加以分析，实现了小波变换的视频压缩方法，消除了现有系统中DCT变换带来的方块效应。

1 变电站视频监控系统的原理及功能

变电站远程视频监控系统是将变电站内各监控目标区域内的图像和环境数据传输到变电站的视频主机。视频主机对各收集的各种数据进行处理后通过通信网络传输到调度中心和集控站视频监控中心，运行人员通过监控中心视频监控工作站对目标区域内进行监视。

远程视频监控系统主要由三部分组成：监控中心、通信通道和数据采集。数据采集是采用摄像头和环境监测传感器采集环境数据和视频图片数据，并对采集的数据进行实时压缩，其环境数据包括温度、风力和烟雾等数据。数据采集的设备将放置在各个需要监控的变电站内。通信通道是采用光纤或者互联网等把压缩数据传输到监控中心，通信通道的带宽将会影响监控中心的视频效果，如果带宽不能满足视频数据传输的需求，视频播放将会延时，达不到实时。监控中心将接受到的信息进行处理，探测出变电站的各种变化，给出报警信号，并能自动启动相关保护设备。当环境和安防监控发生报警时，使工作人员能及时了解现场情况，采取处理措施。

视频监控系统利用安装在前端的摄像机等设备将被监控目标的数据传输到监控中心，同时通过监控中心控制前端设备的操作。变电站运行人员通过安装在监控中心的视频系统可以操作目标区域的设备进行全面监视。具体来说，视频监控系统功能具有以下几方面：

（1）视频监控主机可对所有的接入信号进行全天24小时的监控，并把采集的视频数据保存到监控中心的主机中，其视频数据保存时间为30天。在视频显示窗口中将显示站名、地点命名、时间和日期等信息。

（2）系统能够对采集的图像数据进行分析，以及对监控区域的物体运动进行侦测。如果采集的图像数据在变化或者物体在运动，将分析图像中物体的变化程度，如果超出限定值将触发警报。

（3）根据变电站设备的特点，监控系统中可以制定相应的巡检表。监控人员可以按照操作要求进行巡检监控，并且一台设备可以监视多个目标区域。检测多个区域时设备能预置多个监控位置的云台和镜头参数，能方便快速地转到相应预置点，并自动调整好镜头的变焦和图像清晰度。

（4）系统配置有温度探测传感器、湿度探测传感器和烟雾探测传感器等设备。这些装置能自动检测监控区域内的温度、湿度和烟雾，如果检测值超出范围，立即发出报警。

2 变电站远程视频监控核心问题

变电站视频监控系统主要通过摄像机等设备采集大量图像数据，并通过通信网络传输到监控中心。采集的图像数据的数据量非常巨大，例如分辨率为512X512的一副24位的真彩色图像，数据量就将达到

512×512×24=786.4KB

如果摄像头采集的图像按每秒25帧的速度传输到监控中心，每小时需要传输90000张图像，则每小时监控中心需要提供存储图像的空间为

同时，通信网络每小时也需要传输70.7GB的数据量。因此通信传输和存储空间成了远程视频监控系统发展的瓶颈。虽然扩展通信带宽和增加存储空间可以解决视频信息的传输和存储所带来的问题，但是并不是一个很有效的解决办法，并会带来新的困惑。解决此问题最有效的办法是降低图像数据量，因此图像压缩技术成为了远程视频监控的核心问题。本文采用小波变换对图像数据进行压缩，降低了图像数据量。

3 视频数据压缩

视频监控系统采集的视频数据虽然数据量非常巨大，但是这些图像数据之间是存在大量的冗余信息，这些冗余信息具有高度的相关性。在一些特定情况下，视频数据允许有一定的失真，但是不影响视频检测的实际效果，因此可以通过去除视频图像数据之间的冗余来达到视频数据压缩的目的，使视频数据的压缩成为可能。本文采用小波变换对数据进行了压缩。

3.1 视频小波变换原理

视频小波变换编码系统主要由二维小波变换、量化和熵编码三部分组成。首先对视频中每一帧图像进行二维小波变换（DWT），然后用改进的门限值量化矩阵对所得的小波系数进行量化，最后在比特分配阶段对量化后的系数进行熵编码。解码过程是其编码过程的逆过程。

3.2 二维小波变换算法原理

视频中的每一帧图像都是二维信号，图像上任意一点都有一个图像信号的灰度值与之对应。其小波变换过程表示如下：

假设是一个二维信号，其中，表示二维基小波，即：

其中：A为尺度因子，都取整数，。

将进行离散化处理可得：

，，

其中：是取定的非奇异矩阵，是离散化位移的序号，则二维小波变换方程为

其中：

，

峰值信噪比方程为：

其中：M，N分别表示图像中像素点的行数和列数，表示横坐标为纵坐标为的像素点的原始灰度值和压缩后的灰度值，。

3.3 仿真实验

本实验选用了一张图片进行小波变换处理，把处理后和处理前进行了比较，其峰值信噪比为246.83Ddb。图1和图2分别表示处理前后的数据图。

图1原始数据图 图2小波系数图像

4 结论

随着计算机技术和通信技术的飞速发展，在变电站内使用远程视频监控系统成为变电站发展成为无人值班变电站的必然趋势，本文分析了变电站远程监控系统的组成和基本功能，并提出了小波变换数据压缩方法，有效的降低了视频数据量，此算法消除了传统DCT变换带来的边缘效应和方块效应，有效的防止误码传输，降低了传输数据量和算法复杂度。

参考文献：

[1]卢选民，张原，史浩山.分布式智能监控系统视频多画面显示的设计与实现.计算机应用研究，2000（3）.