通用變頻器調速系統技術分析

摘 要：通用變頻器在工業中應用廣泛，是交流電動機的調速系統的重要組成部分。目前，變頻調速技術廣泛應用在國民生活的各個領域，是一種理想的調速方式。在工業運用中的變頻調速系統大多采用交流-直流-交流變頻器的模式，這種類型的通用變頻器在工業運用中有著良好的成效。此外，在通用變頻器的實際使用中，還要考慮使用環境對變頻器工作的影響，通過各類變頻調速的關鍵技術手段，以達到在實際使用中提高通用變頻器的經濟實用性的目的。

關鍵字：通用變頻器；變頻調速技術；工業運用；關鍵技術

1 前言

現代社會的技術水平日新月異，在日常生活、工業農業、軍工國防、電力通信、能源冶金等諸多領域中，都需要依靠穩定高效可靠地電氣傳動系統來給生產生活提供動力。目前交流調速傳動技術在市場中占據著重要地位，變頻器技術也在突飛猛進的發展，由此通用變頻器應運而生，并在電網中的到了廣泛應用。通用變頻器在保障電網安全有效的運行及提高供電可靠性方面做出了巨大貢獻，在生產生活中有著重要作用。通用變頻器的性能取決于其有關關鍵技術的開發及改良。必須全面、深入的了解通用變頻器調速系統的關鍵技術，在實際應用中靈活、合理的運用這些關鍵技術，才能更好地更有效的促進通用變頻器調速系統關鍵技術的發展。

2 通用變頻器的結構與原理

2.1 通用變頻器的結構

通用變頻器在精度、效率、可調范圍上較之傳統的變頻調速器，均有著巨大的提升和改進。通用變頻器主要有主電路、控制電路兩個部分構成。其中控制電路的由下列幾部分構成，分別是中央處理器（CPU）、數字信號處理器（DSP）、A/D轉換電路、D/A轉換電路、I/O幾口電路、通信接口電路、輸出信號檢測電路、數字操作盤電路、和控制電源等。由于控制電路技術不斷的發展、更新，加之高性能微型處理器的廣泛應用，使得通用變頻器技術得到飛躍式發展。得益于各種新型電子元器件的應用，通用變頻器的性價比越來越高，性能越來越好，體積越來越小。

2.2 通用變頻器的原理

通用變頻器控制系統的重心是DSP系統，能夠適應各種各樣不同的負荷條件。通用變頻器在實際工作中，通過改變變頻器的參數設置可以實現各種不同的控制調節要求。通過連接操作鍵盤對通用變頻器進行信號的輸入，通過霍爾元件使變頻器的可以對電流信號進行采樣，經過DSP系統的轉換、分析、運算，來判斷工作狀態是否有異常發生。變頻器一旦發生異常，保護電路立即啟動，通過切斷信號的輸入與變頻器的輸出的方式，使變頻器停止工作。

我國目前所廣泛應用的通用變頻器多采用交流-直流-交流變頻器的模式。這種變頻器相比以往的變頻器有著巨大的應用優勢。但在在快速運行及頻繁運行的工作系統例如要求電機采取四象限運行的系統中，不適合使用通用變頻器調速系統。因為在四象限運行的系統中，存在很多不可逆電流，導致泵升電壓升高，進而致使電機及元器件絕緣層破壞，對系統的安全運行產生嚴重的威脅。

3 通用變頻器調速系統關鍵性技術分析

3.1 通用變頻器的死區補償技術

通用變頻器在使用過程中，存在著人為控制的死區時間及關斷死區時間兩種不同的死區時間。這些都會使指令電壓與實際輸出電壓間存在差異。為了抵消這種由死區時間造成的損失，避免死區時間對通用變頻器造成的干擾，通常采用補償方法進行補償。目前在通用變頻器的死區補償上，主要應用的是電壓反饋型補償方法。該方法采用一種封閉環控制系統，通過檢測兩種電壓之間的差異，對指令電壓進行補償，達到形成新的指令電壓，消除死區時間的目的。該方法的操作難度極高，對實際操作的要求也較為苛刻。必須在保證很高的線路電壓檢測精度時，且時間不滯后的條件下，才能達到較好的補償效果。

3.2 滑差補償技術

對滑差的補償，在通用變頻器的低頻運轉時有著尤為重要的作用。通用變頻器輸入電壓的頻率，決定了通用變頻器異步電機的滑差值，且滑差值的大小與輸入電壓頻率的大小成反比例關系。在對變頻器異步電機滑差值的補償方面，通常在計算轉矩的基礎上，采用減小電流或增大額定值的方法，實現對通用變阻器異步電機進行補償降速的作用。補償值的確定，取決于電機的具體參數和電流的大小，尤其是電機的運行溫度，對但是，這類補償技術并沒有在實際生產中得到廣泛運用，其主要原因是這類補償技術缺乏穩定性。目前，有一種新的滑差補償方法擁有較為先進，該種技術基于轉子磁場的定向控制補償，擁有較高的穩定性。

3.3 能量回饋技術

通用變頻器的兩側，可以用技術實現單元能量反饋。電機在電動運行時會自動將逆變器的開關管封鎖，而在發電運行時，直流側的能量回饋使得直流母線的電壓不斷升高，直到直流母線的電壓超過電網電壓峰值，會產生反電壓作用，致使整流橋關斷。而當直流母線電壓繼續升高，直到當工作電壓超過了額定電壓正常范圍時，逆變器便開始工作。此時逆變器將直流母線直流側的能量持續回饋到電網中，借此實現對電網進行能量回饋的最終目的。能量回饋技術有助于解決泵升電壓的問題，使得通用變頻器可以在更寬的適用范圍內應用，大大擴寬了通用變頻器的應用廣度。

3.4 脈沖優化管理

當通用變頻器的信號脈沖與功率脈沖產生相互作用時，通用變頻器會自動分析驅動以及主電路中的脈沖序列和脈沖產生的瞬間現象，并同時分析變頻系統中動態換流的過程，將脈寬最小的單位進行單獨管理，以交換電流思想為主要依據，決定脈沖管理的方案。通常所被廣泛采用的脈沖管理方案有最小脈寬調制、預勵磁技術等。脈沖優化管理技術通過對比不同平率與不同電壓調制比，將電流區域按照不同類型分為不同的環形區域。根據這些區域的脈寬調制狀況，通過各種技術手段，進行針對性的優化，從而達到增長脈寬影響作用時間的目的，實現脈寬影響的最小化。

在通用變頻器中存在單獨開關器件工作時間過短導致的元器件承受直流母線電壓沖擊的現象。為了有效解決這種問題，要將參數控制脈沖與離散型同步之間所產生的矛盾進行針對性的處理。

4 結語

通用變頻器變頻系統尚處于發展之中，很多關鍵技術都有待完善和改進。需要我們更加全面的去了解這些關鍵技術的作用原理，并合理、靈活的著用這些技術。根據實際中通用變頻器的工作環境與工作狀態，有選擇的采用各種不同的變頻調速技術對通用變頻器進行設計。加大通用變速器調速技術的科研投入，加快研發進度，有助于提高供電質量，滿足人們對更安全、更穩定的電力系統的需求，促進行業健康穩定的發展。

參考文獻

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作者簡介

董蘊慧（1996-），女，山東煙臺市蓬萊市，山東科技大學本科在讀；研究方向：電氣工程。