變頻器在電機拖動及其控制領域的應用

王睿

【摘要】 隨著新型大功率電力電子器件的出現、運動控制理論的發展、微控制器技術的進步，產生了各種通用的高性能交流傳動控制系統，多種交流變頻調速技術日趨成熟，變頻器的控制精度和動態性能大大提高，得到廣泛的應用。本文將對變頻器在交流電機拖動及其控制領域的應用進行探討。

【關鍵詞】 變頻器 電機 拖動 控制

變頻器是將交流工頻電源轉換成電壓、頻率均可變的交流電源以適合交流電機調速的電力電子變換裝置。交流變頻調速技術在其發展的幾十年里，技術不斷創新，性能不斷完善，逐步取代直流調速系統，在工業生產過程中廣泛使用。現在變頻理論已經相當成熟，隨著新的電力電子器件的產生，出現了新的變頻技術。

一、變頻器的分類

變頻器的分類有很多種：

按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；

按照開關方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；

按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等。

二、變頻器的基本功能

2.1變頻調速

變頻器改變交流電動機電源的頻率和幅值，改變交流電動機旋轉磁場的周期，達到平滑控制電動機轉速的目的。其可控加速功能可以在零速起動，并按照用戶的需要選擇不同的加速曲線進行均勻加速。

2.2變頻節能

變頻器節能主要表現在風機、水泵的應用上。各種生產機械在設計配用動力驅動時，為了保證安全可靠生產會預留出富余量，但是如果電機不是滿負荷工作狀態，那么這些預留量就會增加有功功率的消耗，造成不必要的浪費。而使用變頻器變頻調速，通過降低泵或風機的轉速即可滿足需求。

2.3功率因數補償節能

由于變頻器內部濾波電容的作用，補償無功損耗，增加電網輸出的有功功率。

2.4軟起動功能

異步電動機全壓起動對電網造成嚴重的沖擊，對電網容量要求較高，起動電流對設備、線路沖擊，導致使用壽命減少。而軟起動功能，可以通過限制電流的方式來減輕對電網的沖擊，同時還可以擴充供電容量，從而達到了延長設備使用壽命的目的。

2.5其他功能

如過流保護、過壓保護、欠壓保護、過熱保護及瞬時停電保護等功能。

三、變頻器在交流電機拖動及其控制領域的應用

電機全壓啟動或減壓啟動時，啟動電流遠超額定額定電流，這種情況不但會增大電機自己的銅損，還會使功率損耗增大，造成電壓的波動，從而沖擊機電設備和電網，甚至影響到線路中其他設備的正常工作。為了防止這種情況的發生，供電系統設計時不得不加大變壓器的容量，而這在電機正常運行時又造成浪費。

此外，電機全壓啟動時造成的大啟動電流還會加速電機絕緣老化而縮短電機壽命。但是我們采用變頻器后，利用軟啟動功能可以保障啟動電流從零開始然后上升至額定值，這個過程的速度由變頻器的加速時間來決定，這樣就大大減小了啟動時所產生的功率損耗，避免了浪費。

建立準確的磁通觀測器與速度觀察器需要有精確的模型，為此需要預知電機定子與轉子的電阻、電感、鐵心飽和系數等諸多參數，這對于對象不確定的通用變頻器來說是十分困難甚至是不可能的。為了應對這樣的狀況，當代變頻器一般都具有“自動調整”功能，可以自動完成部分參數測試與設定。自動調整功能包括長線調整、停止型調整、空載旋轉型調整與帶負載在線自動調整多種。長線調整用于電樞連接線與定子的電阻測試與設定。停止型調整可通過對電機在靜態勵磁情況下的電壓/電流等的分析與計算，獲得電阻、電感等基本參數。

旋轉型調整則可以通過不同轉速下的運行，根據電壓/電流等參數的動態變化規律，獲得更為準確的對象參數；而在線自動調整功能還可以完成包括負載慣量在內的更多參數的測試與設定，使得模型更為準確。

四、結論

現今變頻器以其卓越的調速性能和顯著的節能效果已得到人們的認可，期望以后能夠更好的利用變頻器的特性并得到了快速發展和推廣應用。

參 考 文 獻

[1]張金營. 變頻器在交流電機拖動領域應用的認識誤區[J]. 新世紀水泥導報，2011，02：53-55.

[2]顧凌云，侯卓生. PLC與多臺變頻器基于USS協議的網絡通訊應用[J]. 產業與科技論壇，2015，01：53-54.

[3]高銀峰. 礦用電機車采用交流變頻調速拖動的必要性[J]. 科學咨詢（科技·管理），2015，03：37-38.

[4]尹承山，康海洋. 多變頻器主從同步控制系統研究與應用[J]. 赤子（中旬），2013，10：303-304.

[5]王瑩，葉雷. 電機控制：節能、高效、精控將進一步顯現[J]. 電子產品世界，2015，07：11-12.