交交变频调速系统的分频实验研究
摘要：交交变频调速技术不经过直流环节，效率高，但是受电网频率限制，输出频率低。
本文针对这一缺点，在双变量理论的基础上，提出了非整数分频的平均周期法来增加频段。
以六脉波双变量交交变频调速系统为实验平台，在二分频与三分频之间增加频段进行试验，实现了级差足够小的连续平稳调速，证明了用平均周期法来增加分频段、提高输出频率的可行性。
毕业论文网 关键词：交交变频，平均周期法，分频，调速 中途分类号：TM921.51文献标识码：A—E文章编号：2095—2104（2011）12—020―01 Study on the frequency division experimentofsix—wave ac—ac converter speed regulation system SHI xiu—guangDU qing—nan (1 China Railway Electrification Bureau Group Corp．，Beijing 100036 2 Henan Polytechnic University, HenanJiaozuo 454000) Abstract：Due to not via DC device, ac—ac converter speed regulation technology has high efficiency . But its output frequency which restricted by the grid frequency is low. In this paper, aiming at the disadvantage, it puts forward a non—integer frequency division method which is the average cycle law based on the double—variable theory. Six—wave double—variable ac—ac converter speed control system is the experimental platform. Experimental tests on band increase carry out between two and three frequency division . The step small enough and speed control continuouslysteady was achieved. Therefore, it proved that the average cycle method used to increase the sub—band and enhance output frequency is feasible. Key words： ac—ac converter ,the average cycle law , frequency division , speed regulation 1 引言 交交变频技术把电网固定频率的交流电直接变换为不同频率的交流电，减少了中间直流环节，具有效率高、输出波形好的特点。
可由于变频器受电网频率限制，通常输出电压的频率较低，为电源频率的三分之一左右。
在提高输出频率方面，提出的增加分频控制方法有多种，比如频段结合法、磁场减速法等。
但是这两种方法存在着分频单调、电机运行不平稳或控制复杂的缺点，一直没有得到广泛应用。
本文通过分析双变量控制理论，提出非整数分频的平均周期法，在整数分频段之间加入非整数分频，拓宽频段来寻找触发规律，希望提高输出频率和改善输出波形。
采用自然无环流控制方式的六脉波双变量零式交交变频器，在二分频以下来进行分频实验，找出更多的频段，使调速更加平滑，实现多级分频、平滑调速。
2 控制原理 2.1双变量控制理论 双变量控制理论是从单变量控制理论发展而来的，在角控制基础上加上对脉冲宽度β的控制，即对触发脉冲的后沿进行控制，所谓双变量即控制角和脉冲宽度β。
第二个变量β有两个作用：一是闭锁可能出现的各种环流条件；二是引导电流的换向。
双变量交交变频控制理论把调压和变频结合起来，提出了自然无环流控制的基本原理。
原则上讲，采用双变量交交变频器，不但可以输出单变量控制方式的全部频率，而且还拓宽了输出频率的范围。
实践证明：只要选取的基准波在一个周期内包含的电源波头数是整数，自然无环流的实现就很方便。
根据此规律可以得到双变量控制下六脉波交交变频输出频率的数学表达式为： 式中为输入频率，这里为电网工频50Hz，为输出频率，n为一个周期内包含的电源波头数。
2.2 平均周期法 双变量六脉波交交变频器的输出频率里除了整数分频外（例如2分频，3分频，4分频……），还存在大量的非整数分频（例如7/6分频,8/6分频,9/6分频……），这些分频大大的增加了变频器的输出频率，但是为了达到调速的级差足够小，这还并不足够，例如二分频至三分频之间加入非整数分频后级差仍然大于1Hz。
因此需要寻找新的分频，在上述频率段之间加入尽可能多的输出频率等级。
在二分频与三分频之间一共存在7个频率等级（2分频、13/6分频、14/6分频、15/6分频、16/6分频、17/6分频、3分频），而其中除了2分频与3分频外，其它的都属于非整数分频，它们和整数分频一样，是通过截取电源波头数为整数的情况下而得到的。
因为截取波头为整数，所以通过改进的余弦交截算法，我们可以对这些非整数分频进行合理控制。
同时我们可以把2.5分频的两个输出周期看成一个整体，这样，每两个输出周期，整体波形循环一次，与前两个输出周期对称。
同理8/3分频时可以把三个输出周期看成一个整体，这样就构成了新的循环。
在二分频与三频之间如果以4个输出周期来构成一个整体时，新的输出频率就出现了，它们是9/4分频和11/4分频，这些频率是非整数分频公式里没有出现的，因为它们的一个输出周期并不是通过截取整数电源波头的方式来得到的。
而当5个输出周期来构成整体循环的时候，就会又增加4个输出频率（11/5分频、12/5分频、13/5分频、14/5分频）……依此类推，可以发现，选择作为一个循环周期的变频输出周期个数越多，得到新的输出频率也越多。
最后我们得到（二分频以下）变频器输出波形的频率可用下面公式表示： 式中，为变频器输入频率，为变频器输出频率；n、m为正整数，且m>2n,n>4。
上式中n即为选择作为一个循环整体的输出周期的个数，由于该方法是通过改变输出周期来实现的，因此，我们把它称为“平均周期法”。
3六脉波交交变频调速系统设计 3.1硬件设计 六脉波交交变频器，由六相电源（每相相隔60°）输入，三相输出，每相由12只晶闸管分6组反并联组成，采用零式结构。
其主电路结构如图1所示。
图1 变频器主电路结构图 Fig.1 Main circuit structure of the inverter。