高频斩波串级调速系统原理

矿用蓄电池电机车斩波调速系统简介及应用摘要：矿用蓄电池式电机车一直是井下煤矿运输的主要方式，但现有的调速方式主要为串电阻调速，其操作不便、耗能大、对触头冲击大、电机车易损坏，所以用IGBT斩波调速技术代替串电阻调速，节省能源、操作方便。

以IGBT为主开关管的直流斩波调速器，操作灵活、调速性能好、维修方便、经济实用。

会对煤矿的节能和高效率做出很大的贡献，并带来很好的经济效益和社会效益，对于煤矿运输安全起到了积极作用。

关键词：斩波调速司控器；功能；性能；特点；结构；比较；使用与维护0 前言电机车控制器大致经历了电阻凸轮调速、可控硅斩波调速以及IGBT为核心技术的ZBT智能调速三个阶段。

ZBT智能调速司控器，从根本上解决了原电阻调速司控器耗电量大，机械磨损快、启动冲击大、维修量大的弊端，大大提高了机车的牵引力和运行速度，强化了机车的保护功能，使机车变得安全平稳可靠。

ZBT新一代智能调速司控器是电阻调速司控器的升级换代升级产品，是目前国内最先进的矿用电机车调速司控器，也是电机车调速司控器中较理想的产品。

1 ZBT矿用隔爆型斩波司控器的功能概述该调速器是专为防爆特殊型蓄电池电机车设计、开发的新一代无极调速装置，IGBT为主要功率开关元件。

电路采用先进的控制技术，从根本上解决了原电阻调速机车带来的耗电量大、起动冲击、电器元件损坏多、机械磨损大等一系列弊病，此技术给矿山机车运输带来一个飞跃，使运行中更安全可靠、并增添了较大的经济效益。

2 ZBT矿用隔爆型斩波司控器的特点及优点（1）此斩波司控器采用全数字智能控制，主芯片为DSP，保护功能强大，可接受傻瓜式操作；（2）采用绝缘栅双极晶体管斩波，牵引和制动均为斩波控制，可节约电能30%以上；（3）牵引力大，速度快：牵引力比电阻调速提高20%，速度提高30%；（4）主要部件采用模块化结构设计，基本不需要维护，大大提高机车出勤率；（5）电压影响范围宽；（6）安全可靠，起动平稳无冲击，人员安全，性能可靠。

转子变频调速（斩波内馈、串级调速）与多级H 桥串联方式高压变频器比较一、转子变频调速技术简介转子变频调速是晶闸管串级调速的一种改进, 主电路如图1。

它主要由电动机的转子绕组、转子回路固定整流电路DR 、PWM 斩波器BC 、IGBT （或晶闸管）逆变器TI 和升压变压器Taw 等部件组成。

斩波器BC 根据电动机的设定转速n 进行速度调节，转差功率经升压后回馈给电网,其原理如下：（1）定子绕组直接接至3～10kV 电网。

（2）转子绕组接400～1000V 变频器，转子绕组接整流器DR ；逆变器TI 的输出，通过变压器接至中压电网或接内反馈电动机的定子辅助绕组。

图1转子变频调速主电路斩波器的工作原理:图2斩波器控制原理图斩波器控制如图2所示，斩波器BC 根据电动机的设定转速n 进行速度调节，速度调节器的输出值作为转子电流的dr I 的设定值，电流调节器的输出外则控制斩波器输出波形的占空比ρ，从而控制转子整流电压dr U 和转子交流电压r U ，也就控制了电动机的转差率s ，达到控制转速的目的。

因为 ()1dr r U U ρ=- ，通过改变占空比ρ，也就改变了dr U 和与它相关的r U 。

由转子电压0r r S U U =⨯得0rr s U U =，于是实现了调节转差率s ，从而调节异步电动机的转速。

二、斩波内馈调速技术简介采用内反馈电动机的转子变频主电路如图3所示，从原理上说属于斩波串调，只是逆变器为IGBT电压型PWM逆变器BI。

绕线式异步电动机的定子内嵌有与转子最高逆变输出电压相适应的内反馈绕组，它具有转子正反馈作用。

被控制电动机的转差功率直接回馈给电动机本身，增大了该电动机的出力，也节约了能源。

此方案的原理基本上与上述典型的转子变频方案相同，但转差功率不回馈入电网，当然也不需要升压变压器。

图2 采用内反馈电动机的转子变频主电路被调速的6kV或10kV高压电机的定子有2套绕组，一套定子绕组直接接6kV或10kV 电网，另一套辅助绕组为变频器VF中的逆变器BI提供电源，把来自转子的滑差能量回馈至定子。

串级调速的基本原理
串级调速是利用电机串级调速原理，在不改变电动机定子电压的情况下，通过改变电动机的转速实现电机转速的调节。

串级调速就是将电机的转速提高到与负载相适应的速度。

由于电机转子的转动惯量较大，在启动过程中需要一个时间，若直接启动将会造成电网电压瞬间跌落，所以必须采用变频调速。

从电动机工作原理可知，电动机是一种感应式机械，在转速恒定时，其磁通保持不变。

若通过调节电动机定子绕组的电流，就可以改变磁通，使定子磁场的磁通发生变化，从而使转矩发生变化。

当输入转矩增大时，转子磁场的磁通减小；当输入转矩减小时，转子磁场的磁通增大。

这样在电动机定子回路中就会产生一个转矩和转速的反馈信号，该信号经过调节电路后就可改变电动机转速。

采用串级调速装置可以使电机转速始终保持在额定值附近运行。

因此在实际生产中只要按工况要求对电动机进行正确合理的选择，就可以得到符合负载要求的转速。

串级调速装置包括：直流调速器、制动电阻、电动机和控制器。

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变频器斩波器原理一、引言变频器是一种通过调节电源频率来改变电动机转速的装置，广泛应用于工业生产和家庭用电中。

在变频器中，斩波器是起到关键作用的部件之一。

本文将从斩波器的原理出发，详细介绍变频器斩波器的工作原理。

二、斩波器的作用斩波器是控制变频器输出电压形式的装置，其作用是将直流电压转换成脉冲形式的交流电压，从而改变电机的转速。

斩波器利用开关管的开关动作，将直流电压进行切割，形成脉冲信号，通过改变脉冲信号的频率和占空比，可以实现对电机转速的精确控制。

三、斩波器的原理斩波器的原理基于PWM（脉宽调制）技术，通过不同的脉冲宽度来控制输出电压的大小。

具体来说，斩波器由一个开关管和一个滤波电路组成。

当开关管导通时，电源直流电压通过开关管和滤波电容，形成一个脉冲电压；当开关管断开时，电源直流电压不再输入斩波器，电压逐渐下降。

四、斩波器的工作过程1. 开关管导通阶段：当控制信号输入时，开关管导通，电源直流电压通过开关管和滤波电容，形成一个脉冲电压。

此时，电机终端的电压为正值，电机正常运行。

2. 开关管断开阶段：当控制信号结束时，开关管断开，电源直流电压不再输入斩波器，电压逐渐下降。

此时，电机终端的电压为零，电机停止运行。

五、斩波器的优势1. 精确控制能力：斩波器可以通过改变脉冲信号的频率和占空比，实现对电机转速的精确控制，从而适应不同的工作要求。

2. 高效能力：斩波器采用PWM技术，可以将电源直流电压转换为交流电压，提高能量利用率，减少能量损耗。

3. 稳定性能：斩波器在控制电压输出过程中，能够提供较稳定的输出电压，保证电机的正常运行。

六、斩波器的应用领域1. 工业生产：变频器广泛应用于工业生产中的电机控制系统，如风机、水泵、压缩机等设备，可以实现对电机转速的精确控制，提高生产效率。

2. 家庭用电：变频器在家用电器中的应用也越来越广泛，如空调、洗衣机、冰箱等，可以实现对电器的节能控制，提高家庭用电的效率。

七、总结斩波器作为变频器中的重要组成部分，通过控制脉冲信号的频率和占空比，实现对电机转速的精确控制。