下载文档原格式
基于DSP的矩阵式三相／单相电源研究目前矩阵式变频器因采纳具有输入功率因数可调，输出频率延续，功率双向流淌且无直流母线的矩阵式变换器(MC)而倍受关注。
虽然三相用电设备广泛应用于生产领域，但是在一些行业(如感应加热和感应熔炼)仍需要单相电源，而在这些行业用电对电网产生严峻污染，假如将矩阵式变换器(MC)应用在这些行业中将对新一代“绿色”电源产生深远的影响。
在此综合考虑因不同的控制策略，低频段和高频段对系统的资源占用率不同，故采纳不同的控制策略，CPU采纳和联合控制，实现了具有平安换流和相应的庇护功能的三相-单相调功电源，该电源就很好地应用在相应的场合，充分发挥矩阵式电源的优良特性。
1 主结构和换流策略1．1 主电路结构系统电路采纳的是三相-单相变换电路的其中一种较为容易的拓扑结构(带中线)1所示。
将S1+和S1-均导通的状态称为S1状态。
为了尽可能多地滤除输入中的由开关动作产生的高频谐波中高频谐波成分，削减对电网侧的高频污染，并提高输入功率因数，因此引入，阻尼Rd有利于在转折频率点后高频电流的衰减，并入有利于减小开关器件间的耦合。
电路采纳反向并联构成双向开关，通过控制各个开关状态的时光，实现目标。
1．2 换流策略由主电路的基本特征和应用在感应加热行业就打算了矩阵式变换器在工作过程中必需遵循两个原则：矩阵式变换器的三相输入中的随意两相之间不能短路，避开用法电压源短路造成过流。
矩阵式变换器的输出不能断路，避开感性负载骤然断路而产生的过电压。
由此可见在换流的过程中必需挑选牢靠的换流策略，为了解决这一问题采纳传统的基于电流检测的四步换流策略较为合适。
该办法必需加以电流检测元件(电流互感器、霍尔等)，为了保证IGBT的牢靠开通与关断，将控制第1页共4页。
扶梯改造变频器施工方案1. 引言本文档旨在提供一套扶梯改造变频器的施工方案，以实现扶梯运行速度的智能控制与节能优化。
通过本方案的实施，可以增加扶梯的运行效率，减少能耗，并延长设备使用寿命。
2. 变频器选型及参数配置变频器是扶梯改造中的关键设备，它可以控制扶梯的运行速度，实现智能变速。
在选择变频器时，需要考虑以下几个关键参数：•额定功率：根据扶梯的设计需求和负载情况，选择适合的变频器额定功率。
•输入电压：根据扶梯的电源供应情况，选择合适的输入电压范围。
•输出电压：根据扶梯的运行要求，选择合适的输出电压范围。
•控制方式：根据扶梯的运行方式，选择合适的控制方式，如V/F控制、矢量控制等。
•保护功能：选择具有过流保护、过载保护、短路保护等基本保护功能的变频器。
3. 施工步骤步骤1：关停扶梯在开始施工前，需要将扶梯关停，切断电源，确保施工过程的安全。
步骤2：拆卸原有控制设备将扶梯原有的控制设备（如PLC、控制柜等）拆卸下来，并清理安装位置，为新设备的安装做好准备工作。
步骤3：安装变频器设备按照变频器设备的安装说明，将变频器设备安装在扶梯适合的位置上，并进行固定和接线。
步骤4：配置参数通过连接电脑或者操作面板，对变频器进行参数配置。
根据实际情况，配置变频器的额定功率、输入输出电压范围等参数。
步骤5：接线连接根据变频器的接线图，将变频器与电源、电机等设备进行接线连接。
确保接线正确、稳固。
步骤6：调试与测试在完成接线连接后，进行变频器的调试与测试工作。
通过设定扶梯的运行速度、加速度、减速度等参数，测试变频器的工作效果。
步骤7：运行验收在完成调试与测试后，对扶梯进行运行验收。
观察扶梯的运行情况，检查是否满足预期效果。
如有问题，需要进行调整与修复。
4. 注意事项在扶梯改造变频器的施工过程中，需要注意以下事项：1.施工前，必须切断电源，确保施工安全。
2.必须使用合适的工具和设备进行安装和接线连接。
3.需要仔细阅读变频器的安装和操作说明，并按照要求进行操作。
变频调速电梯控制系统研究一、变频调速电梯控制系统原理变频调速电梯控制系统是利用变频器来调节电梯主机电机的转速，从而实现电梯的调速运行。
传统电梯主要采用的是机械调速方式，即通过传统的电阻调速或者牵引比例调速的方式来实现，但是这种方式存在效率低、能耗大、调速范围有限等问题。
而变频调速电梯控制系统采用变频器来调整电梯主机电机的转速，可以实现无级调速，提高了电梯的运行效率和舒适性，同时也降低了能耗和噪音。
变频调速电梯控制系统的原理比较简单，主要由电梯主机电机、变频器、编码器、控制器以及人机界面等组成。
变频器是整个系统的核心部件，通过对电机的电压和频率进行控制，实现电梯的无级调速。
控制器则负责监测电梯运行状态、接收并处理乘客的指令、控制电梯的运行等功能。
编码器则用来监测电梯实际的运行速度，并将监测到的信号反馈给控制器，从而实现对电梯运行的精准控制。
1. 节能环保：变频调速电梯控制系统采用无级调速技术，可以根据实际载荷大小和楼层高度来自动调整电梯的运行速度，从而实现能耗的最小化。
变频器可以有效地改善电机的功率因数，降低谐波污染，减少了对环境的影响。
2. 运行稳定：传统的电梯调速方式存在调速迟缓、震动大等问题，而变频调速电梯控制系统采用了闭环控制技术，可以实现对电梯运行状态的实时监测和精准控制，从而保证了电梯的稳定性和平稳性。
3. 节省空间：变频调速电梯控制系统可以减小电梯主机电机的体积，减少了对电梯井道的占用空间，提高了建筑物的可利用空间。
4. 使用寿命长：由于变频调速电梯控制系统可以实现无级调速，因此电梯的启停次数减少，电梯的零部件磨损减小，从而延长了电梯的使用寿命。
5. 安全性高：变频调速电梯控制系统采用了多重安全保护措施，包括过载保护、故障自诊断、失速保护、紧急救援等功能，可以保证电梯的安全运行。
目前，变频调速电梯控制系统已经在世界各地得到了广泛应用，尤其是在高层建筑和商业中心等场所。
由于变频调速电梯控制系统具有节能环保、运行稳定、节省空间、使用寿命长和安全性高等优点，越来越多的建筑物选择采用这种先进的电梯技术。
变频器工作原理与结构图文详解—变频器的功能作用分析变频器变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。
变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。
随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
变频器基本组成变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。
整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直流电。
高容量电容：存储转换后的电能。
逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。
控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。
变频器的结构与原理图解变频器的发展也同样要经历一个徐徐渐进的过程，最初的变频器并不是采用这种交直交：交流变直流而后再变交流这种拓扑，而是直接交交，无中间直流环节。
这种变频器叫交交变频器，目前这种变频器在超大功率、低速调速有应用。
其输出频率范围为：0-17（1/2－1/3 输入电压频率），所以不能满足许多应用的要求，而且当时没有IGBT，只有SCR，所以应用范围有限。
变频器其工作原理是将三相工频电源经过几组相控开关控制直接产生所需要变压变频电源，其优点是效率高，能量可以方便返回电网，其最大的缺点输出的最高频率必须小于输入电源频率1/3或1/2，否则输出波形太差，电机产生抖动，不能工作。
故交交变频器至今局限低转速调速场合，因而大大限制了它的使用范围。
变频器电路结构框架图矩阵式变频器是一种交交直接变频器，由9个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成。
电梯变频器的工作原理
电梯变频器是电梯控制系统中的重要组成部分，用于控制电梯驱动电机的工作频率，从而实现电梯的平稳运行和能源的节约利用。
电梯变频器的工作原理如下：
1. 传感器检测：电梯变频器首先通过传感器检测电梯的当前运行状态，例如电机的转速、电流、位置等参数。
2. 变频控制：根据传感器检测到的实时数据，电梯变频器会根据预设的控制算法，调整输出频率，控制电动机的转速。
3. 电机驱动：电梯变频器将调节后的电源交流电转换为电动机需要的直流电，并输出给电梯电机进行驱动。
4. 运行状态监控：电梯变频器会对电梯的运行状态进行实时监控，并调整输出频率以保持电梯平稳运行。
同时，它还能够监测电梯电机的温度、电流等参数，以避免发生过热或过载等异常情况。
5. 能量回馈：在电梯制动或下行过程中，电梯变频器可以将电梯电机产生的制动能量转化为电能，并反馈给电网，从而实现能量的回收和节约利用。
通过变频器的精确控制，电梯可以根据需要调整运行速度，节省能源，并提供更加舒适平稳的乘坐体验。
同时，电梯变频器
还能够监测电梯的运行状态，提供故障诊断和保护功能，确保电梯的安全运行。
变频调速电梯控制系统研究一、变频调速电梯控制系统的基本原理变频调速电梯控制系统是通过改变电梯电机的转速来实现对电梯运行速度的调节。
传统电梯系统中，电梯电机的转速是通过改变电源的频率来实现的，而变频调速电梯控制系统则是通过改变电机的工作频率来实现对电梯速度的控制。
这种控制方式可以更加精准地控制电梯的运行速度，减少电梯的启停次数，提高电梯的运行效率，减少对电梯机械系统的磨损，延长电梯的使用寿命。
二、变频调速电梯控制系统的优势1. 提高电梯的运行效率变频调速电梯控制系统可以根据实际需求调整电梯的运行速度，使电梯在高峰期和低峰期都能够保持较高的运行效率。
特别是在高峰期，可以通过增加电梯的运行速度来满足乘客的需求，减少等待时间，提高运行效率。
2. 减少能源消耗传统电梯系统中，电梯电机的启停和调速都是通过改变电源的频率来实现的，这种方式会造成能源的浪费。
而变频调速电梯控制系统可以精准地控制电梯电机的转速，避免了频繁的启停和调速过程，减少了能源的消耗，降低了电梯的运行成本。
3. 提升乘坐舒适度传统电梯系统中，电梯的启停和调速过程会造成乘客的不适，甚至会引发乘客的晕车反应。
而变频调速电梯控制系统可以更加平稳地调整电梯的运行速度，减少了乘客的不适感，提升了乘坐的舒适度。
4. 延长电梯的使用寿命通过精准地控制电梯的运行速度，变频调速电梯控制系统可以减少对电梯机械系统的磨损，延长电梯的使用寿命，降低了电梯的维护成本。
三、变频调速电梯控制系统的发展现状目前，国内外对变频调速电梯控制系统的研究和应用都取得了一定的成就。
在国外，一些发达国家已经广泛应用变频调速电梯控制系统，取得了良好的经济和社会效益。
而在国内，一些电梯制造企业和科研机构也在积极开展变频调速电梯控制系统的研发工作，并取得了一些阶段性的成果。
在变频调速电梯控制系统的研究中，电机的驱动技术和控制算法是两个关键的研究方向。
在电机的驱动技术方面，目前主要应用的是变频调速交流电机技术，该技术具有效率高、运行稳定的特点。
新型矩阵式变频器在变频电梯中的应用矩阵变换器输出谐波双闭环控制电流反馈1引言由于变频调速具有回路简单、功率因素高、节省能源、起动平稳、调速范围宽等优点，所以使变压变频电梯得到了快速发展。
随着电力电子技术的发展，变频器在电梯等诸多领域中的应用日益广泛，但是由于电梯变频系统中存在各种非线性元件，所以产生谐波干扰的现象是不可避免的。
矩阵变换器（Matrix Converter）由于输入电流和输出电压为品质良好的正弦波形，输入功率因数可调，结构紧凑，效率高，谐波污染小，成为当前的研究热点。
与传统的交交变频器和交直交变频器相比，矩阵式交交变换器具有以下几个显著特点[1,2,3]：(1)能同时提供正弦输入电流和输出电压电流；(2)其输入功率因数可任意调节，可超前、可滞后，可调至其逼近于1；(3)采用双向开关，能量可双向流动，尤其适合于电机的四象限运行；(4)无中间直流环节，结构紧凑，体积小，效率高；(5)控制自由度大，输出电压可调，输出频率理论上可为任意值。
正是因为具有以上诸多优点，矩阵变换器（MC）拥有比变频器更广阔的应用前景，包括变频电源，要求频繁四象限运行的电机调速，高压大功率变换和功率因数校正等。
可以预见在不远的将来，随着电力电子器件和控制手段的发展和成熟，矩阵变换器将成为广泛应用的电力变换器之一。
本文基于SVPWM调制的矩阵变换器输出电压电流双闭环控制策略，并对目前滤波部分进行改进，仿真实验表明，该方法能够保证输出电压电流波形质量优良，并能极大的抑制谐波分量，极适合于变频电梯等场合。
2新型矩阵变换器拓扑结构及其输出谐波分析2.1 MC的拓扑结构矩阵变换器作为一种新颖的电力变换器，其中一种新型的拓扑结构如图1所示。
从图中可以看出，它包含交-直（整流）和直-交(逆变)两级变换电路，不同的是其直流侧不需要储能元件，整流级和逆变级采用双向开关（由2个单向开关组成），在一定的约束条件还下可以将其开关数量降低为15、12、9个[4,5]。
图1 18开关矩阵式变换器的拓扑结构图2.2 MC的SVPWM调制算法本文采用双空间矢量调制策略[6]，矩阵式变换器的双空间矢量调制技术，又称为间接变换法、交直交等效变换法，是基于空间矢量变换的一种方法，它将交交变换虚拟为交直和直交变换，求出相应的开关组合和调制规律，再消除虚拟的中间直流环节，将两部分调制向量合成一个开关调制矩阵。
这样便可采用目前流行的高频整流和高频PWM波形合成技术，变换器的性能可以得到较大的改善。
它是目前在矩阵式变换器中研究较多也是较为成熟的一种控制策略。
这种调制策略既能控制输出电压电流波形，又能控制输入电流波形，可改变输入功率因数。
矩阵式变换器等效变换关系如式(1)。
Sjk(j=a,b,c,A,B,C;k=p,n)表示一个双向开关，Sjk=1，表示开关接通；Sjk=0，表示开关断开。
(1)T为TSMC的调制变换矩阵：(2)式中：ω1为输入电压角频率；φ0为输出线电压初相位；ω0为输出电压角频率；φ1为输入功率因数角；m=mc·mv为TSMC调制系数；Trec为整流级开关函数；Tinv为逆变级开关函数。
当输入电压是三相对称正弦，可得输出侧电压方程式为：(3)式中：Udc等于，因此输出电压与输入电压，输入侧功率因素，调制矩阵都有关联。
2.3 MC输出电压电流谐波分析通过对这种矩阵式变换器拓扑结构分析，输出线电压是一种不等幅的PWM调制。
矩阵变换器输出电压电流谐波成分由两部分组成，一部分是对信号波本身进行谐波分析所得的结果，一部分是由于信号波对载波的调制而产生的谐波。
以载波周期为基础，利用贝塞尔函数推导出PWM波的傅立叶级数表达式，矩阵式变换器输出线电压电流中所包含的谐波角频率为：nωc±kωr (4)式中ωc是载波频率，ωr是调制波频率。
一般情况下ωc□ωr，所以PWM波形中所含的主要谐波要比基波频率高得多。
载波频率越高，PWM波形中谐波频率就越高，越容易滤除，因而可以适当提高开关采样频率，将矩阵式变换器的谐波主要集中在高频段。
矩阵式变换器从根本上讲是对输入线电压的六脉波进行调制，输入三相线电压各导通120°，三相波形相同，且依次相差120°。
将电压波形分解傅立叶级数，如式(5)所示。
由此可得到结论：电压中仅含6k±1次谐波，幅值与谐波次数成反比，且与基波幅值的比值为谐波次数的倒数[4,5]。
(5)对于矩阵变换器而言,输出电压一个周期内拼接的输入电压段数越多，就可使输出电压波形越接近正弦波。
当输出电压频率增大时，输出电压一周期内所含输入电压段数就越少，输出电压波形畸变就越严重。
所以在输出电压高频段，采用更高的采样频率，使输出电压电流畸变减少，可以有效地降低输出矩阵变换器的电压电流谐波含量。
3MC的输出级电压电流双闭环控制双闭环控制通常指内外环结合控制，如内环控制速度，外环控制位移，或者内环控制电流，外环控制电压等，内外环控制通常能够有效地改善系统的动态特性。
电压外环电流内环的双环控制通过采样滤波电感电流iL 或滤波电容电流iC和滤波电容电压uC，用外环电压误差的控制信号去控制电流，通过调节电流使输出电压跟踪参考电压值。
电流内环能够扩大输出逆变级系统的带宽，使得其动态响应加快，输出电压的谐波含量减小[7,8]。
电压电流双闭环控制是矩阵变换器的输出控制有效的控制方案，不仅能使矩阵变换器的输出电压电流波形质量良好，同时也能抑制矩阵变换器前级所产生的扰动，这对于模型复杂不确定的矩阵变换器来说，是一种很合适的控制方法。
选择滤波电容电流iC作为内环反馈可以使iC被瞬时控制，从而使得输出电压uC 因iC的微分作用而提前得到矫正，逆变器具有较强的带负载能力，因而选择iC作为内环反馈是比较常用的控制方案。
图1 18开关矩阵式变换器的拓扑结构图图2 矩阵变换器电压电流双环控制系统框图图2即为利用上述控制思想，得到了矩阵变换器的电压电流双闭环控制方案。
通过电压检测和坐标变换得到反馈滤波电路输出线电压的dq直流量（Uod、Uoq），与给定参考电压（U*od、U*oq）相比较得到d 轴和q轴的误差信号，然后经电压补偿控制器得到逆变级输出电流参考值(I*d、I*q)。
电流环中，反馈滤波电容电流的dq反馈量（Id、Iq）与电流参考值（I*d、I*q）相比较得到d轴和q轴的误差信号，误差信号经电流补偿控制器产生dq轴控制量（Tinvd、Tinvq），Tinvd、Tinvq经过两相旋转到三相静止坐标变换得到逆变级控制信号Tinv。
而利用电容电流作为内环反馈，通过简化后可以得到电流内环控制模型如图3所示。
图3 输出电容电流内环的控制框图由图3可知，整个电流内环系统的传递函数为：(6)式中的参数为：a0=KC2K1K2C2；a1= KC2K1RLC2；b0=L1L2C2;b1=Rs L2C2+RLL1C2;b2=Rs LLC2+L1+L2;b3=Rs+RL;L=L1+L2;由根据式（6）画出的参数K c变化时的根轨迹可知，使内环稳定的K c的取值范围为0～9.7，取K c=1。
图4 电压外环控制框图图4即为电压外环控制框图，设计外环参数Kp，Ki 时，采用引入零点与内环控制器的闭环极点进行对消，这样可以实现电压外环与电流解耦控制[9,10]。
由此可知，只要引入合适的内环比例系统Kc，就完全能保证系统具有足够的稳定裕度，从而实现了内外环的相对独立的控制。
4系统仿真验证为了验证上述控制方案的有效性，采用MATLAB/Simulink及S函数建立了基于矩阵变换器输出电压电流双闭环控制系统的仿真模型，在各种情况下进行了仿真实验，并与传统变频器下的效果进行了对比。
系统的主要参数为：输入电源电压为220V/50Hz，期望输出电压120V/60Hz。
滤波器的等效电感L为4mH,等效电阻R为0.5Ω，电容为25μF，开关频率为10kHz。
仿真分二种情况下进行，并分别与传统的变频器进行比较：(1)在正常情况下运行，考察系统的动态性能和稳态性能（见图5）；(2)在电网输入侧加入一定的谐波干扰（见图6、7），加入谐波分量为：负序5次谐波(20V )；负序7 次谐波(6V)；正序1次谐波（10V）正序13次谐波(1 V)；考察系统的抗扰动能力。
利用Simulink中的powergui模块对输出电压波形进行快速傅立叶分析(FFT Analysis)，基波频率取60Hz，最大频率取2000Hz。
各种状况下，输出电压电流的THD 如附表所示。
仿真结果表明，矩阵变换器能在不同的条件下获得高质量的输出电压波形；同时电压电流双环控制策略使矩阵变换器能获得较快的动态响应速度和较高的稳态精度。
（1）矩阵变换器的输出动态响应速度快，各种条件下都可以在两个周期（0.01s）之内可以进入稳态。
（2）输出电压波形质量高，谐波含量少，总THD值不超过3%，进入稳态后THD值不超过0.1%。
（3）系统具有很强的鲁棒性，可以抵抗输入电源谐波扰动的影响，能够保证高质量的输出电压电流。
5结束语本文通过分析了一种新型矩阵变换器的谐波成分和影响因素,并结合输出电压电流双闭环控制策略，有效地保证了输出侧的稳定和良好的波形质量。
仿真结果表明, 与传统变频器相比，整个系统控制策略能够保证整个系统的动静态性能优良，可以使得系统在实际应用过程中，谐波的影响降到最低。
继续开发新型变频器的潜能，实现绿色环保的工控环境，是采用变频器的电梯今后要重点研究的课题。
邓波更多请访问：中国自动化网()。
