變頻器在電動機保護控制中的應用

于 菲

（陽泉煤業（集團）股份有限公司發供電分公，山西 陽泉 045000）

1 變頻器簡介

變頻器是應用變頻技術和微電子技術，利用電動機工作電源的頻率改變實現對交流電動機控制的電氣設備。變頻器主要構成模塊有交流變直流模塊、濾波、直流變交流模塊、制動單元、驅動單元、檢測單元和微處理單元。變頻器利用內部IGBT的斷開和閉合來改變輸出電源的電壓與頻率，為電機提供實際工作需要的電源電壓，以此實現節能、電機調速的作用［1］。

2 變頻器對電動機的保護功能

變頻器對電動機的保護主要有以下幾個方面：過電壓保護、欠電壓保護、過電流保護、缺相保護、反相保護、過負荷保護、接地保護、短路保護、超頻保護和失速保護等。下面就這幾類保護方式進行簡單的介紹。

1）過壓保護。變頻器能夠在輸出電壓超過額定電壓110%時起保護停機作用，能有效防止電動機故障。這就是變頻器的電壓檢測功能所發揮的作用。變頻器通過調整輸出電壓，防止電動機超壓運行，起到保護電動機完好的作用。

2）欠壓保護。變頻器利用電壓自檢功能，對輸出電壓自動調整，當電機的實際工作電壓達不到額定電壓的90%時，電動機將停止工作，從而有效防止電動機損壞。

3）過流保護。變頻器利用電流檢測功能，當電動機的實際工作電流大于額定值的1.5倍3s，或者大于額定電流的2倍10μs，電動機停止工作，以防止電動機燒毀。

4）缺相保護。變頻器能夠監測輸出電壓，當輸出電壓出現缺相故障時，變頻器發出警報，5min后（此時間可以由用戶在參數中設定）停機。

5）反相保護。變頻器只能讓電動機朝一個方向旋轉，不能改變電動機的旋轉方向。只有當電氣工作人員改變電動機的電源相序時，才會使得電動機的旋轉方向改變。

6）過載保護。變頻器能有效監測電動機工作電流，當電機工作電流大于電動機額定電流的1.2倍1min時（反時限特性），變頻器保護進行停機。

7）接地保護。發生缺相（一相或兩相）接地時，變頻器會發出警報。這是由于變頻器帶有專門的接地保護電路，通常由接地保護互感器和繼電器構成。

8）短路保護。當變頻器輸出發生短路現象后，必然引起過電流，當變頻器檢測到過電流后，在10μs內變頻器保護停機。

9）超頻保護。變頻器可調頻率有一定的范圍，即：可調頻率有最小頻率值和最大頻率值。通過輸出頻率限制范圍實現超頻保護作用。

10）失速保護。失速保護相對于同步電動機。因為異步電動機在加速過程中必然會發生失速過程，其表現為電流大，變頻器通過過電流和過載保護失速護功能。在減速過程中失速有可能表現為過電流和過電壓（直流母線），對于其他情況，可以在變頻器調試中設定安全減速時間來實現。即使出現突發情況，發生直流母線過電壓，變頻器也能夠讓電動機停止工作，從而起到保護停機作用。

3 變頻器的控制方式

3.1 U／f控制

作為變頻器調速控制方式，U／f控制最為簡單，一般用在通用變頻器、風機、泵類機械的工作中，起節能作用。U／f控制別稱是壓頻比控制。壓頻比的基本特征是同時控制變頻器的輸出電壓和輸出頻率。在設計頻率之下，通過保持輸出電壓和輸出頻率的穩定性保障電動機工作所需轉矩特性。優點為U／f控制所需控制電路成本低，通常用于精度要求不嚴格的變頻器中［2］。

3.2 轉差頻率控制

轉差頻率控制變頻器是以電動機的工作速度和轉差頻率和作為變頻器的給定輸出功率。這就需要電動機的轉速值、轉差頻率（速度調節器的輸出值即為轉差頻率）。轉差頻率控制變頻器與U／f控制相比較控制精度更進一步。主要原因是加減速特性和限制過流能力有大幅度提升，而且轉差頻率控制變頻器配備速度調節器，可以通過速度反饋信號實現速度閉環控制，使得速度靜差縮小，可以應用于自動控制系統。

3.3 矢量控制

矢量控制簡稱VC，在20世紀70年代由德國人F.Blaschke提出。對交流電動機而言，是一種新的控制思想和控制技術，同時還是異步電動機的一種理想調試技術。它的基本原理是依靠檢測和控制異步電動機定子電流矢量。利用磁場定向原理實現對異步電動機勵磁電流、轉矩電流的控制，以此達到轉矩的目的。做法是把異步電動機的定子電流矢量予以分解，分解為勵磁電流和轉矩電流。對分解的兩個矢量電流進行控制，同時還控制電流矢量的幅值與相位，從而達到控制定子電流矢量的目的［3］。

矢量控制方式有利于異步電動機實現更高性能。在調速范圍方面能夠與直流電動機媲美，同時在控制方面能夠直接對異步電動機的轉矩進行控制。這一優點使得矢量控制方式在精密和快速控制工藝中得到長足應用。

3.4 直接轉矩控制

直接轉矩控制簡稱DTC。直接轉矩控制是以轉矩作為控制量。該控制方式的優點是僅對定子磁鏈予以控制，無需電機轉速信息，即所需信息量少；定子磁鏈觀測器可估算出同步速度信息，有利于實現無速度傳感器化。目前，在市場上銷售的低壓標準變頻器中，ABB ACS800采用這種控制技術。

4 結語

隨著科學技術的發展，變頻器的使用也將會越來越廣泛，無論是工業設備上還是家用電器上都將會使用到變頻器。只有對變頻器電機控制方式及主要保護作用進行詳細的了解和掌握，才能使變頻器的功能更加全面地發揮出來，更好地服務于生產。

［1］ 李野，于張，劉艷霞.淺談變頻器的控制［J］.管理觀察，2009（20）：12－13.

［2］ 宋富根.通用變頻器控制策略研究［J］.上海大中型電機，2000（4）：25－26.

［3］ 王廷才.變頻器原理及應用［M］.北京：機械工業出版社，2011.