電氣控制系統(tǒng)中變頻器的研究探討

王 雋，郭敏杰

（沈陽機床股份有限公司電裝分公司 遼寧 沈陽 110142）

1 變頻器的特點

普通機床的調(diào)速是通過齒輪的配比進行的，這種比較常見且繁瑣，同時調(diào)速范圍不是很大，現(xiàn)在機床可以通過變頻器（如圖1）調(diào)整電動機的速度進行調(diào)速。

圖1 變頻器建模圖

電動機變頻器是一個高效率、高性能的元件，主要是應(yīng)用在機床籠型異步電動機上，它的特點就是變速范圍廣，轉(zhuǎn)矩比較大，在一些比較惡劣的工作環(huán)境下，對電動機也可以實現(xiàn)調(diào)速，同時還可以節(jié)能。

變頻器按照調(diào)速范圍可以分為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速，前者調(diào)速是在額定頻率下進行的，后者是在頻率上調(diào)速，按照電動機的負載進行分類，分為恒轉(zhuǎn)矩負載、恒功率負載。

2 變頻器工作原理

電動機的速度計算公式如下：

式中：n—電動機轉(zhuǎn)速；

P—電動機磁極對數(shù)；

f—電源頻率；

s—電動機轉(zhuǎn)差率。

通過上邊的公式可以發(fā)現(xiàn)電動機的轉(zhuǎn)速是與電動機磁極對數(shù)和頻率有關(guān)，而電動機的結(jié)構(gòu)上，磁極對數(shù)不是一個連續(xù)遞增的數(shù)值，所以通過改變電動機的磁極對數(shù)進行調(diào)速，速度改變不會明確，所以更好的辦法就是改變電源頻率，而在工業(yè)用電中頻率又是恒定的，所以變頻器就是通過改變電源的頻率來改變電動機的轉(zhuǎn)速。

變頻器的工作原理是通過內(nèi)部電力半導(dǎo)體進行電源頻率的改變，主要的過程是通過整流器（如圖2）把交流電源變換成直流，然后在將這個直流轉(zhuǎn)換成為頻率可以控制的交流電源，而變頻器的電路組成主要有4個部分，分為整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變、控制，圖3就是一種調(diào)速系統(tǒng)圖。

圖2 變頻器整流電路與電流波形圖

圖3 轉(zhuǎn)差頻率控制調(diào)速閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)圖

3 變頻器的應(yīng)用

變頻器在應(yīng)用的時候會出現(xiàn)干擾，變頻器控制回路分為主回路和控制回路，變頻器的工作中就會產(chǎn)生諧波干擾源，會對電源和輸出的設(shè)備產(chǎn)生影響，而變頻器的干擾類型可以分為靜電耦合、靜電感應(yīng)、接觸不良、接地4中干擾，靜電耦合干擾解決措施是加大電纜距離，感應(yīng)干擾措施是將控制線纜與主回路線纜或其他動力電纜分離鋪設(shè)，接觸不良和接地干擾，這兩種主要是接線的問題，措施就是排查。

變頻器在應(yīng)用中可能會出現(xiàn)一些故障，主要如下：

（1）過流故障：變頻器在使用中變頻時候加速的時間太短，電動機的負載發(fā)生突然變化，分配不均勻，會造成過流故障，這種情況下會損壞變頻器，所以在調(diào)速時候時間要延長，外加能耗制動元件；

（2）過載故障、這種故障主要是電動機的載荷過大，長時間負載工作，這種情況是電動機和變頻器使用不對，需要更換大功率電動機和相應(yīng)的變頻器；

（3）啟動困難、這種情況是電動機驅(qū)動的設(shè)備轉(zhuǎn)動慣量過大，這種情況可以提高啟動轉(zhuǎn)矩；

（4）溫升、噪聲，原因是變頻載波頻率值與電動機及其負載形成共振引起的。

4 結(jié)語

電氣工程不斷的發(fā)展，電子技術(shù)與電氣的結(jié)合，對機床實現(xiàn)全方面控制，電動機的調(diào)速裝置變頻器在該領(lǐng)域應(yīng)用非常廣，電氣工作者要知道變頻器的使用、維修和保養(yǎng)，設(shè)計者只有充分考慮變頻器的特點，才能發(fā)揮點變頻器在控制系統(tǒng)中的作用，變頻器應(yīng)用之后需要正確的參數(shù)設(shè)置，使用要規(guī)范，才能減少后期的維修頻率和改造。

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