要写好一篇逻辑清晰的论文,离不开文献资料的查阅，小编为大家找来了《变频器的制动技术分析论文(精选3篇)》，希望对大家有所帮助。摘要在对变频调速技术原理及其优点进行论述的基础上，分析了变频调速技术在煤矿带式运输机以及提升机中的应用。
变频器的制动技术分析论文 篇1：
变频调速系统在通用桥式起重机节能改造中的应用探讨
摘要： 本文对桥式起重机进行了概述，并对变频调速系统在桥式起重机节能改造之中的应用进行分析，希望可以对桥式起重机使用性能的进一步提升有所帮助。
关键词： 变频调速系统;桥式起重机;节能改造;应用
桥式起重机
从外形来看，通用桥式起重机就像是一座桥梁，因此，我们又将这种起重机叫做行车或者是天车。它主要是由桥架（主梁）、走台、栏杆和小车轨道、大小车行走机构以及起升机构组成[1]。其各个机构的组成与功能如下：大车行走机构，由绕线的电动机和制动器等促成，其功能在于拖动着整台桥式起重机沿着大车轨道运动;小车行走机构，由绕线的电动机和制动器等组成，其功能在于拖动着重物、主钩或者副钩运动;起升机构（主起升机和副起升机两个机构）由绕线的电动机和制动器等，其功能是拖动着重物做升降运动。
通用桥式起重机之中的传统调速系统
在传统的桥式起重机电子拖动系统之中，主要是通过交流绕线转子异步电动机转子串电子来实现调速和启动的，借助于滑环和电刷，将若干段的电阻串联进转子回路，电阻接入的多少是由接触器进行控制的，这样就达到了控制转速的目的。但是这种系统有着诸多的缺点，以下就是对其缺点的总结：其一，安全性差。系统的频繁切换由接触器所控制，如果启动时产生较大的冲击电流，起重机司机一般会通过反制动进行稳钩，这样就很容易造成电刷起火、烧毁触头甚至烧毁电动机等的情况。其二，传动性差。系统有着很软的机械特性，虽然耗能很大，但是调速的范围却很小，调速的精度也很差。其三，耗能高。由于起重机的运行经常处于低速状态，因此20%以上的功率会在转子串接电阻的时候浪费掉，电机的损耗功率通过热能的形式释放出去，不能回收，而变频系统又需要经常更换电阻，因此就会产生较高的能量消耗。
变频调速系统在通用桥式起重机之中的应用分析
变频调速系统的优点分析
随着近年来变频调速技术的不断发展，变频控制器在价格方面也实现了不断的降低，因此，变频调速技术也就在起重机调速系统之中得以广泛应用。对于起重机的变频调速系统而言，其应用的主要技术就是可以进行编程的逻辑控制技术和变频调速技术，通过这两项技术的应用，才使得变频器的优势得到了充分发挥，替代了原有的起重机调速系统，并广泛适用于新起重机的制造与起重机的改造之中。变频控制系统有以下的优点：
调速的范围更大，动态感应能力更强，并有着更强的精准定位功能和更强的通用性。在对系统进行调试、设计与安装方面都有着很小的工作量，维护起来也更加方便，更易于改造，并且有着很小的体积和重量，能量的消耗也很低。
系统可实现电机软启动和软停止，也可以进行无级调速，让转动冲击得以显著降低，进一步延长起重机使用的寿命。
采用高度集成的组件，让传统系统之中接线复杂的情况得以避免，同时也让电气的可靠性得以显著提升，并实现了保护性能的进一步完善。应用软件来取代大量的时间继电器和中间继电器，极大程度减少了硬件的数量，让接线的数量减少到传统调速系统接線数量的十分之一到百分之一，这样就使得触点接触不良所导致的故障发生几率得以显著降低，进一步保障系统的良好运行。
该系统具有十分明显的节能效果，可以让桥式起重机的工作效率得以显著提升，平均节电率可以超过20%。
通过应用变频调速系统，可以让传统调速系统应用之中违章操作的情况得以彻底杜绝，进一步提升系统的安全性。
由此可见，将变频调速系统应用到通用桥式起重机之中，可以让传统调速系统之中的很多问题都得到有效解决，让桥式起重机的性能得到极大程度的改观，并实现其经济效益的显著提升。
变频调速系统的软件设计
要想有效实现对变频器的控制，首先应该做到的就是给PCL编程，通过对相关技术与程序的应用，变频调速系统工作的过程可以作为变成过程之中的重要依据。
比如：在桥式起重机的小电机工作之中，在驾驶室的门和横梁栏杆门关闭好之后，将位置开关SQa、SQb和SQc闭合，在紧急开关SB2等都符合相关要求的时候，速度开关应置于零位，将启动按钮SB1按下之后，接触器KM就会通电吸合，进而接通三项电源。如图1所示：
速度开关停留在“1”位置的时候，就可以将三项交流电接入电动机，让1档的速度启动，如果速度开关停留在“2”位置上，就说明此事的系统正在以2档的运行速度运行。通常来讲，桥式的起重机在正向速度上和反向速度上都有五个档。
如果速度的选择开关处于零位，或者是因为停电，使得电动机的运行停止，为了预防变频器跳闸所造成的拖动负载下降情况，就应该在系统中设置机械的制动装置。
当发生紧急情况的时候，应该立即按下紧急开关SB2，让所有的电动机制得到机械制动，再接通变频器之中的紧急控制端EMS，此时，电动机就会在变频器的控制之下立刻停止运行，如果有电动机的过载现象出现，继电器的触点FR就会与变频器外界的保护控制器接通，进而停止变频器的工作。
在小车的两头装上位置开关SQ1和SQ2，小车在快要行走到终端的时候，两端的行程限位器就会切断小车的电路，让小车的电动机停车并实现制动。
如果变频器因故障跳闸，在排除故障、重新启动的时候，将复位键SB按下，将复位控制的终端RST接通，就可以恢复变频器的正常运行。
结束语
综上所述，将变频调速系统应用到通用的桥式起重机之中，不仅可以让桥式起重机对于公益的要求得到良好满足，也可以克服传统调速系统之中的诸多问题。同时，变频调速系统的应用也可以通过相关参数的设置来起到对机械设备的保护作用，让系统的保护得到进一步完善。
参考文献
郭明翔.集装箱桥式起重机变频调速系统再生运行及节能研究[J].中国设备工程，2018（23）：154–157.
刘成科.基于变频调速技术的桥式起重机改造[D].江苏：江苏大学，2016.
作者：杨朝禄
变频器的制动技术分析论文 篇2：
变频调速技术原理及其在矿产系统中的应用思考
摘要 在对变频调速技术原理及其优点进行论述的基础上，分析了变频调速技术在煤矿带式运输机以及提升机中的应用。
关键词 变频调速；煤矿系统；煤矿提升机
当前，在我国煤矿提升系统及运输设备的调速系统中，主要采用的依然是交流绕线电阻的调速方式，相关的调速设备包括继电器、触点型接触器等，其结果负责，且电气的接触点容易受电弧烧伤，且长时间置放于空气中也容易被氧化，且功耗相对较大。随着矿井的现代化建设，必须对矿井的调速设备进行改造。而变频调速技术成为了该技术实现的一个有效途径和方式。
1 变频调速技术原理及其优点
1.1 变频调速技术的原理
传统的煤矿调速系统采用的是交流电阻调速方式，在运行的过程中存在着使用效率较低，功耗大等方面的问题。而变频调速技术，就是通过对改变调速电机的输入电源的频率的方式，使得电机的转速得到改变。其使用的根本原理就是根据电机的负载情况及其变化要求对电机的电流频率进行改变，并结合电压的变化与调节，在电机不同转速的情况下，确保其具有最高的运行效率，进而实现降低电机功耗，改善电机启动性能，降低电机及其附属设备免于遭受瞬时冲击，延长电机工作寿命，同时还能提高煤矿设备工作精确程度的目的。根据相关资料的调查，采用变频调速技术的煤矿系统可以使得其功耗降低40％左右。
1.2 煤矿调速设备采用变频调速技术的优点
随着电子技术以及网络控制技术的不断发展，新型的大型功率器件得到了不断的开发和应用，采用变频调速技术的调速设备在各种机械及电器设备中得到了广泛的应用。在煤矿系统中主要以对既有的提升机电控设备的改造及应用为主。传统的交流调压调速设备主要的优势是系统简单，价格低廉，而变频调速技术的优点在于具有较大的调速范围，速度的平滑性能极好，能达到很大的控制精度，电机的响应速度很快，且具有较硬的机械特性，同时可以实现四象限可逆运行等。在调速性能方面基本上可以与直流调速方式相媲美。更重要的一点是变频调速系统在节能方面具有明显的优势。例如，在对交流电机进行驱动时，由于电机一般不会在最大符合下运行，在采用变频调速技术后可以使得系统具有更高的能量转换效率，尤其是对电机在加速及爬行运行过程中进行控制，能够有效的提高其运行效率，达到降低能耗的目的。同时，还可以最大限度的降低系统的运行与维护成本，促进煤矿系统朝着节能、安全、高效的方向发展和提高。
2 变频调速技术在煤矿系统中的应用
2.1 变频调速技术在带式运输机中的应用
这里采用VACON公司与上海申地公司生产的BPJl-250/660型矿用安全变频设备及对应的控制系统。其中，其采用的变频器是由32位CPU进行控制，并使用具有当前先进水平的绝缘栅双极晶体管作为功率输出器件。其使用的脉冲宽度调制开关具有较高的频率，采用的磁通电流控制功能可以有效的改善电机的动态响应及机械特性。多个变频器的连接方式为主从联动，主机与变频器的数据交换采用的是RS485接口是吸纳。该系统的变频调速拖动系统原理如图1所示。
2.1.1 变频设备的主电路
变频设备的主电路包括：输入、整流、滤波、逆变四个主要部分。输入的三相交流电经过整流与滤波设备之后成为直流，然后经过逆变设备逆变成为电压、频率可以任意调整的三相交流点。在直流中间环节并联有大电容，在其作用下使得主电路的直流电压处于一个平稳变化的状态，其内阻变化较小，具备电压电源的特性。在调速系统当中，由于电机属于感性负载，其中并联的电容同时也起到了缓冲无功功率的储能作用。逆变电路中采用的是绝缘栅双极晶体管，其每个桥臂都包括一个绝缘栅双极晶体管和一个反向并联的二续流二极管。其中的续流二极管主要是给负载的滞后电流提供一个和直流电源形成反馈的通道。同时，为了达到减少电流谐波的影响，提高电机的运行性能，这里采用的是对称的三相正弦波电源，而逆变器的控制方式为正弦波脉宽调制（SPWM），使得电网的侧功率因数以及波形等得到了明显的改善，其主电路原理如图2所示。
2.1.2 变频器主从机的控制
四个变频器之间通过RS485+的转换模块实现数据的相互交换。在使用的过程中可以将其中任意一个设为主机，并作为变频器群控当中的首机，在实际的控制过程中只对主机进行控制就能够实现对其他从机的运行控制，形成了一个良好的主、从关系控制运行范式。在设置的过程中，将主机与从机的相关事件参数设置为一致，诸如加减速时间等。在机群全部停机或者是从机单独和电机连接时，可以采用单独点动运行的方式。在对主、从机的功率平衡进行调整是，通过显示屏对功率平衡系数进行调整，实现0％～200％之间可调。一旦主从机不平衡度超过设定值，两者将自动对运行参数进行调整，确保主从机的功率平衡。
2.2 变频调速技术在提升机中的应用
如上面所述，传统煤矿系统提升设备的调速系统采用的是交流电阻式调速，存在着若干的缺点。为了克服这些缺点，应该采用变频调速技术和相关的设备对之加以改造，最终实现在全频率范围之内对电机的恒转矩控制目的。就煤矿系统中用到的提升机而言，一般可以通过这样两种改造方案实现变频调速设备的改造：两象限变频器带能耗制动以及四象限能量回馈变频器。根据煤矿中所采用的提升设备及使用要求，可以采用不同的改造方案。对于双筒提升机，由于经常处于工作状态，一般采用两象限变频器带能耗制动的方式，其节能率在15％～20％之间。而对于单绞筒提升机，或者是经常处于负力提升状态的提升设备，一般以采用四象限能量回馈变频器的改造放啊，其节电率可以达到30％～35％。煤矿提升设备的变频调速改造方案如图3所示。
采用变频调速方案的煤矿提升设备具有五个方面的优点：①控制精度较高，一般的变频器都采用磁通矢量控制的方式，这样就使得交流电机的调速控制效果几乎可以和直流电机的调速性能相媲美，达到极高的控制精度，同时能够适应矿井的自动化改造；②具有极高的工作可靠性。由于变频器都采用了寿命较长的电子器件，其保护功能较为完善，在用于绞车等提升设备中可以提高工作的可靠程度；③降低了对设备的维护时间，提高了设备的额运行效率；④具有较宽的调速范围。由于变频调速属于无级调速，在电机低速工作时也具有良好的稳定性，在调速过程中可以较小对缆绳的冲击，提供缆绳的使用寿命；⑤采用变频器之后，传统的电控调速设备空间大大的减小，电控设备控制室的占地面积大大减小。
3 结束语
变频调速技术在对交流设备运行速度的控制方面具有先天的优势，在采用了变频器调速技术对煤矿系统的带式运输机及提升设备改造之后，使得煤矿系统在技术先进性和社会、经济效益等方面具有极大的优势。同时，使用变频调速设备之后，有效的降低了煤矿系统设备的日常维护工作量，减少了井下操作人员的工作强度，改善了工作人员的工作环境。
参考文献
[1]张可程,郭福伟,刘涛.变频调速在煤矿运输系统中的应用[J].电机与控制应用,2008,35(12):36-39.
[2]仝庆居,步召轩.变频调速技术原理及其在煤矿系统中的应用[J].科技创新导报,2010,17:64.
[3]陈旭,马少华,徐瑞洁.矿井提升机变频调速方案的研究[J].黑龙江科技信息,2009,6:179-180.
[4]刘士栋,徐清波.变频调速技术分析及在煤矿带式输送机中的应用[J].中国煤炭,2006,32(3):44-46.
作者：王艾军
变频器的制动技术分析论文 篇3：
某型电动轮矿用车电机控制器的散热设计
【摘要】对电动轮矿用车自卸车电机控制器的热损耗进行了分析，对主要发热器件IGBT模块进行了损耗分析与计算，对功率器件散热的热流路径进行了分析计算，提出了散热冷板功率和热阻指标要求与散热设计，最后对冷板的散热性能进行了热性能试验，试验结果表明满足设计要求。
【关键词】矿用车;电机控制器;IGBT;散热设计
1.引言
新型大载重电动轮矿用自卸车采用三相交流异步牵引电机作为驱动轮，交流电机控制器是该型矿用车电驱系统的核心控制部分，主要功能是实现对牵引电机的力矩和速度控制功能。该型电机为三相交流异步电机，额定电压1060V，额定功率180KW，短时最大功率满足2.0倍过载能力。电机控制器采用6只IGBT作为逆变输出功率单元。IGBT在工作中产生较大热量，IGBT随温度上升，性能会逐步下降，超过最高承受的结温后，会导致IGBT损害，对产品造成极大的损失。因此，电机控制器热设计是产品质量的关键技术，必须对IGBT作好散热分析和设计。
本文结合工程设计，对主电路的热损耗进行理论分析和详细计算，对功率器件的热传导过程进行分析，提出了散热冷板的设计要求，并进行仿真分析，最后提供了热性能试验数据。
2.变频器主电路热损耗分析
2.1 变频器主电路构成
由车载发电机发出的三相交流电经过无控全波整流得到直流电压，该直流电压通过直流母线传递到电机控制器。考虑车载发电机电压存在较大波动，以及在实际整车行使过程中可能出现的满载制动情况，在制动时牵引电机工作在发电状态下，产生的能量反馈会导致直流母线电压出现泵升情况。根据计算，IGBT的耐压必须到3KV以上。同时，考虑到2倍过载以及安全余量设计，IGBT的电流应达300A以上。根据电压和电流要求，选用英飞凌公司生产的IGBT半桥模块：FF400R33KF2C，其耐压值为3300V，80℃额定集电极电流为400A。主电路见图1，由3个模块组成（V1、V2、V3），每个模块上集成了2个IGBT和2个续流二极管。
图1 电机控制器主电路
2.2 IGBT损耗计算
电机控制器的主电路是三相桥式拓扑结构。6个IGBT的控制方式是采用spwm方式进行调制，输出脉宽调制信号去控制IGBT桥臂开通和关断，输出三相频率可变的正弦电流，实现对交流电机的输出力矩的控制。
单只IGBT逆变模块的损耗计算包括IGBT和二极管的通态损耗加上IGBT和二极管的开关损耗。
通态损耗是指IGBT和二极管在导通工作时，器件上的电压与流过电流的乘积，这部分的功率全部转换为热耗。通常在一个周期内，IGBT和二极管是交替导通和截止的。当采用SPWM正弦波调制时，占空比函数的表达式为：f（t）=1/2（1+Msin（ωt+Φ）），其中M为调制比，ω和Φ对应调制的频率和相位。同时工程上将IGBT和二极管在导通时的导通电压与导通电流进行线性处理，得到通态导通电阻Rce、Rd和通态门槛电压Vceo、Vfo，通过推导得到通态损耗的计算公式[2]，见（1）和（2）式。
IGBT通态损耗：
（1）
二级管通态损耗：
（2）
在工程计算时，一般将M取为1，cosΦ取为1，Ip为主电路逆变输出的正弦电流的峰值。下面介绍如何使用器件资料得到通态导通电阻Rce、Rd和通态门槛电压Vceo、Vfo，并利用（1）和（2）式计算出通态损耗。
查FF400R33KF2C资料，可以找到Vce、Vf与I的曲线图，如图2所示。
图2 FF400R33KF2C内部IGBT和二极管导通压降与电流曲线
图2中左图里虚线为器件温度125°时的测试曲线，代表最恶劣的情况，所以采用这条曲线进行拟合计算[1]。设拟合后的直线方程为：Vce=Vceo+Rce*I。Rce为IGBT通态等效导通电阻。取100A对应电压2.3V，500A时对于4.7V，两点法可以计算斜率：Rce=（4.7-2.3）/（500-100）=0.006，同时计算出Vceo=1.7;Ip为输出正弦波电流的峰值，由电机控制器额定输出电流110A可以推出峰值电流为145A，取Ip=150A计算。将这3个值代入（1）式计算得到IGBT的通態损耗为103.7W。
在图2右图为二极管正向导通电压与导通电流的曲线，从图中可以看出，当导通电流400A以下，器件温度为25°时比125°时，导通电压要更大，也就是损耗更大。所以，在拟合时采用25°的曲线数据进行计算，即图中实线。设拟合后的直线方程为：Vf=Vfo+Rd*I。Rd为二极管通态等效导通电阻。实线中100A对应1.7V和400A对应2.8V，两点法计算出斜率Rd=0.0037，同时计算出Vfo=1.33。Ip仍为150A。将这3个值代入（2）式中，得到二极管的通态损耗为22.6W。
在一个控制周期内，IGBT完成一次开通和关断，开通和关断过程中产生的损耗之和称为开关损耗。开关频率越快，损耗就越大。在大功率电机控制中，IGBT的开关频率都设置较低。在本产品中，开关频率fsw为5K。另外，开关损耗还与IGBT驱动电路中栅极电阻有关，符号Rg，查询时要核对好。对于选定的IGBT模块，厂家在资料中都给出单次开通和关闭的损耗，一般符号记为：Eon和Eoff。查询厂家资料可以看到，开关损耗的数据是在器件额定电流和给定电压下进行测试得到的，并且给定了栅极电阻值。二极管的正向开通损耗很小，可以忽略，只计算反向截止时的损耗。在工程计算时，要按实际输出电流和实际工作电压与厂家测试值进行比例折算[2]，公式见（3）和（4）。
IGBT的开关损耗的计算公式：
（3）
二极管的开关损耗的计算公式：
（4）
由资料可以查出，当Vnom=1800V和Ip=150A时，查得Eon=300mj、Eoff=250mj，按（3）计算出当Vdc=950、Ip=150A时，IGBT开关损耗为462W。
由资料可以查出，当Vnom=1800V和Ip=150A时，查得Erec=330mj。由（4）可以计算出二极管的开关损耗为277W。
单个IGBT模块在工作时的总损耗为：
=865W
本电机控制器共有3路IGBT半桥模块FF400R33KF2C ，每个半桥模块含2个IGBT，因此每个半桥模块总的损耗为1730W。
3.热传导分析及计算
电机控制器内的IGBT管芯产生的损耗转换化为热能，该热能通过管芯传递给IGBT外壳，造成IGBT的外壳温度上升。散热设计就是要确保IGBT的外壳温度不超过设计温度，从而保证IGBT稳定可靠工作。对IGBT外壳散热的方式一般有三种形式。小功率可以在IGBT上装上散热片，由空气自然对流散热。功率较大的话，可以设计风道，加快空气流速。为了利于风道设计，还有不少采用热管散热器，IGBT安装在热管散热器的冷端，热端置入一个封闭性风道中，风道风速由抽风机控制，风速轻易能达到4m/s以上，散热量很大。还有一种是采用水循环散热的方式，IGBT安装在一个冷板上，冷板内布置有S型管道，由水泵控制水的流速，将冷板的热量带走。结合矿用自卸车的工作环境考虑，电机控制器的散热方式采用冷板散热的形式。
在散热分析时，首先引入热阻概念。热阻表示热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力的大小，表明了1W热量所引起的温升大小，单位为℃/W或K/W。用热耗乘以热阻，即可获得该传热路径上的温升。公式如：
（5）
在本产品热传导的路径可以概括为：IGBT管芯热量传递到IGBT外壳;IGBT外壳热量传递到冷板;冷板热量由水循环带走[3]。可以用图3的等效电路表示。
图3 IGBT逆变模块热阻上的等效电路
上图中：T结温表示IGBT能承受的最大温度，该型号为125°。溫度较高时，IGBT的性能下降，并会影响使用寿命。实际使用一般不超过100°。R模块表示IGBT管芯至IGBT模块外壳的热阻，该参数可以查阅该型号资料得到，见表1：
表1 FF400R33KF2C器件热阻表
Junction to case Per IGBT 26 K/kw 管芯至壳热阻
Case to heatsink Per IGBT 18 K/kw 壳至散热器热阻
Junction to case Per Diode 51 K/kw 管芯至壳热阻
Case to heatsink Per Diode 36 K/kw 壳至散热器热阻
由公式（5）计算每个IGBT模块的温升：
每个IGBT的损耗为566W;它产生的温升为0.566×（26+18）=25o;每个二极管的损耗为299.6W;它产生的温升为0.3×（51+36）=26o;可以看出，此种工作状态下，二极管的温升较高些。
因此，为保证IGBT管芯温度最高不超过100o，散热器表面温度不应高于74o。单个IGBT半桥模块损耗为1730，再乘以工程上使用的安全系数1.3后为2250w。3个IGBT半桥模块总损耗为2250×3=6750w。那么冷板散热功率不小于6.75KW，热阻不大于：
单个模块达到的热阻为：
4.冷板设计及试验情况
在本变频器冷板设计时要通过散热功率和热阻进行系统考虑，并结合冷却介质和进口流量进行设计。冷板材质采用铝合金，内部通道采用S型水道，这种水道在相同进水量时，能够增大流动的扰动，增大了对流换热系数[4]。3个IGBT模块集中安装在一块散热冷板上。冷却介质从散热冷板进水口进入，在冷板内置的通道流动，最后从出水口流出。本产品的冷板平面图如图4所示。图中A、B、C为3个IGBT模块放置区，A1至A4、B1至B3、C1至C3为温度测试点。图5为测试数据。
图4 冷板平面图
图5 冷板热阻测试数据
在测试时，采用3块发热器件放置在IGBT模块处，每个发热模块通电功率2542W，连续工作至热循环温度后记录各点温度。测试可以看出，在2个模块相邻处A2、B2点温度最高。将最高温度与进水温度之差除以每个模块的热功率，计算得到3种流量下的单个模块的最大热阻。其中，在流量低于20L/min时的最大热阻为9.13K/KW，小于10.67K/KW，满足要求。
5.结论
本文详细介绍了电动轮矿用车电机控制器的散热设计过程及方法。本文特别指出在工程应用中如何选用合适的功率器件，并结合功率器件的特性和产品工作机理给出了比较准确的理论计算方法，以及在工程应用中如何放宽适当的系数，确保最终设计的产品可靠地运行。同时，本文介绍的方法完成可以适用其他变频器损耗计算，或其他种类的功率器件的散热设计和计算。
参考文献
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作者：陈公仆 但春华 雷莉莉 黄新毅