淺談變頻器如何控制電機運行

鐘盛龍

一、發展前景

隨著人們的生活水平逐漸提高，節能環保的觀念越來越深入人心。回望過去30年在變頻器上的研發，總結我們投入變頻器運用于各行業的實際運用中，變頻器的性能價錢比越來越高，體積越來越小，很多技術先進的公司一直以進步牢靠性為追求完成變頻器，為使其更小型輕量化、高性能化和多功能化以及無公害化而做著新的挑戰。變頻器性能的優劣，一要看其輸出交換電壓的諧波對電機的影響，二要看對電網的諧波凈化和輸出功率因數，三要看自身的能量損耗（即效力）如何。變頻器是靜止掌握體系中的功率變換器。當今的靜止掌握體系是蘊含多種學科的技巧范疇，總的開展趨向是：驅動的交換化，功率變換器的高頻化，掌握的數字化、智能化和網絡化。因而，變頻器作為體系的主要功率變換部件，供給可控的高性能變壓變頻的交換電源而得到迅猛開展。

二、變頻器控制電機

（一）變頻器的工作原理

近年來，隨著電力電子技術、微電子技術及大規模集成電路的發展，生產工藝的改進及功率半導體器件價格的降低，變頻調速越來越被工業上所采用。如何選擇性能好的變頻其應用到工業控制中。

1.變頻器的工作原理

交流電動機的同步轉速表達式位：n=60f（1-s）/p（1）式中n——異步電動機的轉速;f——異步電動機的頻率;s——電動機轉差率;p——電動機極對數。由此可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。

2.變頻器控制方式

低壓通用變頻輸出電壓為380～650V，輸出功率為0.75～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都采用交一直一交電路。其控制方式經歷了以下幾代：

（1）U/f=C的正弦脈寬調制（SPWM）控制方式。其特點是控制電路結構簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速要求，已在產業的各個領域得到廣泛應用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉矩減小。

（2）電壓空間矢量（SVPWM）控制方式。它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的，一次生成三相調制波形，以內切多邊形逼近圓的方式進行控制的。經實踐使用后又有所改進，即引入頻率補償，能消除速度控制的誤差;通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響;將輸出電壓、電流閉環，以提高動態的精度和穩定度。

（3）矢量控制（VC）方式。矢量控制變頻調速的做法是將異步電動機在三相坐標系下的定子電流1a、1b、1c、通過三相一二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉子磁場定向旋轉變換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im1，It1（Im1相當于直流電動機的勵磁電流It1相當于與轉矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經過相應的坐標反變換，實現對異步電動機的控制。

（4）直接轉矩控制（DTC）方式。直接轉矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩。它不需要將交流電動機等效為直流電動機，因而省去了矢量旋轉變換中的許多復雜計算;它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解藕而簡化交流電動機的數學模型。

（二）變頻器控制電機的正反轉

1.控制要求

本次目的是了解變頻器外部控制端子的功能，掌握外部運行模式下變頻器的操作方法。要求如下：①正確設置變頻器輸出的額定頻率、額定電壓、額定電流、額定功率、額定轉速。②通過外部端子控制電機啟動/停止、正轉/反轉，打開“K1”“K3”電機正轉，打開“K2”電機反轉，關閉“K2”電機正轉;在正轉/反轉的同時，關閉“K3”，電機停止。（亙隨用操作面板改變電機啟動的點動運行頻率和加減速時間。

2.電路的設計

變頻器的外部接線如圖2-1所示。

操作步驟：

（1）檢查實訓設備中器材是否齊全。

（2）按照變頻器外部接線圖完成變頻器的接線，認真檢查，確保正確無誤。

（3）打開電源開關，按照參數功能表正確設置變頻器參數

（4）打開開關“K1”，電機正轉。

（5）關閉開關“K1”，打開開關“K2”，電機反轉。

（6）打開開關“K3”，電機停止。

三、設計總結

通過此次親身設計我發現自己的很多不足，首先就是自己的知識量有限，有很多想設計的東西卻力不從心，發現有很多事情遠遠沒有開始想象的那么簡單。但整個設計做下來，還是有很多成就感的。我深深地體會到了遇到困難而一步一步地克服所給我帶來的歡悅。

在設計過程中，通過查閱各種資料使我對變頻器有了更進一步的了解。并且能夠通過變頻器來控制電機來實現很多種動作，而且它與PLC相結合起來使用能給電機帶來更多便利，雖然這是我第一次運用變頻器結合CPU來控制電機，但我以為它驚訝，希望在它將來的發展道路上能為人們該來更多的貢獻！