论文导读：交-直-交变频器由整流器、中间直流环节和逆变器三部分组成。逆变器输出的电压为矩形波，而电流波形接近正弦波。这种变频器的再生制动比较困难，如果要实现再生制动，需额外附加逆变装置，这种变频器为电压源型变频器。在0HZ升到补偿结束频率时，电压补偿减少到0。
关键词：整流，逆变，再生制动，电压补偿
1.引言
包钢无缝厂的步进式加热炉将均整后的无缝钢管进行预加热，使其达到三辊定径机轧制所需要的温度。其控制功能主要包括输入/输出辊道变频调速精确定位，辊道高度自动调整和步进梁升降和横移比例流量控制等，通过检测元件与PLC配合实现整个步进炉与定径机和炉前设备的全自动控制。原步进炉控制系统的PLC是由西门子SIMATICS5－135U通过开关量实现对步进炉区域的在线设备进行手动和自动控制。由于系统老化、线路繁多和抗干扰能力差等原因，近年来系统故障率很高，造成设备运行不稳定，维护困难。2006年9月，对原系统进行了升级改造，炉内输入/输出辊道变频调速系统采用西门子6SE70系列变频器。论文大全。6SE70系列变频调速系统低能耗，调速范围广，具备良好的静、动态特性。
2.异步电动机交-直-交变频调速系统
2.1 变频器的组成
交-直-交变频器由整流器、中间直流环节和逆变器三部分组成。根据中间环节滤波方式的不同，变频器分为电压源型和电流源型两种。
在交-直-交变频器的中间环节并联大电容器进行直流滤波，直流环节电压比较平直，电源阻抗很小，是一个内阻很小的电压源。逆变器输出的电压为矩形波，而电流波形接近正弦波。这种变频器的再生制动比较困难，如果要实现再生制动，需额外附加逆变装置，这种变频器为电压源型变频器。
在交-直-交变频器中间直流环节采用电抗器进行滤波，整流器电源阻抗很大，可以近似一个恒流源。这种变频器输出电流为矩形波，输出电压近似正弦波。这种变频器在在降速或停车过程当中，逆变器频率突然降低，低于电机旋转频率时，电动机转速超前于磁场转速，此时逆变器处于整流工作状态，而整流器处于逆变工作状态，将电动机的机械能量转换成电能回馈回电网，从而达到制动和调速目的，这种变频器为电流源型变频器。
西门子6SE70系列变频器是一种电压源型变频器。
2.2电压型交-直-交变频器转速开环调速系统
在电压型变频调速系统中一般采用开环控制,其控制电路有两个控制环节，一个是电压控制环节，一个是频率控制环节。电压控制环节采用相位控制原理实现电压的调节，频率控制环节采用恒磁通协调控制的变频原则，由v/f变换器、环型分配器和脉冲功率放大器三部分组成，v/f变换器将Uk转换成具有一定频率的脉冲列，环型分配器再按六个脉冲一组依次分配给逆变器，分别触发桥臂上相应的六个晶闸管。脉冲功率放大器主要作用是脉冲功率放大和保证脉冲宽度180度。逆变器输出频率在50HZ以下时，为了减小脉冲变压器的体积和改善脉冲波形，对环型分配器送来的脉冲信号进行高频调制。[1]
2.3脉宽调制（PWM）变频调速系统
PWM型逆变器可以通过改变脉宽控制其输出电压，通过改变调制周期来控制其输出频率。根据供给逆变器的直流电压是否可调，脉宽调制有两种控制方式。
第一种为脉冲幅值可调PWM型逆变器,可控整流桥与一般晶闸管系统一样采用相位控制，通过改变触发脉冲的相位角α来获得与逆变桥输出频率相对应的大小不同的直流电压。逆变器只作输出频率控制，按脉冲调制方式进行工作。
第二种为恒幅PWM型逆变器，二极管整流桥输出恒定不变的直流电压，经中间环节送到逆变桥，通过调节逆变桥输出的脉冲宽度和频率，来实现既调压又调频。这种类型的逆变器目前应用较为广泛，它不但主回路简单，而且由于这种PWM型逆变器输出交流电压的大小和频率直接由逆变桥决定，所以调节速度快，系统的动态特性好。另外，它的输入功率因数高，而且多个逆变桥可以接在一个公共直流母线上，便于实现多台电动机调速。
图(一) IGBT组成的脉宽调制型变频器
如图(一)所示,6SE70交-直-交变频器就是通过逆变桥既调频又调压，逆变单元主回路采用IGBT功率元件，整流单元采用晶闸管三相全控桥，在正常情况下，根据逆变器对直流电压的要求，通过调整整流单元参数确定好α角的大小后，整流输出电压基本保持不变。
3.西门子6SE70变频调速系统
3.1西门子6SE70系列变频器的控制方式
西门子6SE70系列交-直-交变频调速系统包括FC板、VC板、SC板三种控制方式。
FC板是频率控制方式，采用开环控制，在对控制精度要求不是特别高的场合使用，无缝厂目前大部分使用的都是此种控制方式的变频器。VC板采取矢量控制方式，SC板采用直接转矩控制，这两种控制方式一般采用闭环控制方式，适用于调速要求特别高的场合。
步进炉出炉辊道由十台电机组成，单台电机功率4KW，属于多负载控制系统。出炉辊道正转时要求实现高、低速控制，且低速时速度值随定径机入口辊道的速度变化而变化，反转通过固定的设定速度来实现。
3.2辊道变频器主回路结构及外部保护回路
主回路整流单元采用三相全控桥式整流器，中间直流环节采用大电容器进行滤波，属于电压型变频器。其逆变侧通过控制IGBT电力电子元件的关断来实现频率和电压的变化。整个变频器通过微机实现全数字化控制，通过操作面板变频器参数的设定，即可实现变频器各种控制功能的实现。在变频器输入端，采用带快熔的刀闸盒，通过快熔实现对整流桥晶闸管的保护。另外在变频器输入端采用输入电抗器抑制电流尖峰或电流突变，这样可以有效的避免晶闸管受到大电流的冲击而击穿或使晶闸管的特性下降。在变频器的输出端加滤波电抗器，可以有效的滤除一些高次谐波，这样可以尽量减小谐波对变频器外部和内部控制回路的干扰，使变频器稳定的工作。在设计中，将主回路接触器合闸与变频器内部发出的准备就绪信号联系起来，在变频器准备就绪的情况下，主接触器方可合闸，这样可以对变频器和维护人员起到保护作用。
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