變頻器對變頻電機的驅(qū)動控制

丁玲娟

摘要：變頻驅(qū)動技術(shù)就目前而言具備很多優(yōu)點，比如節(jié)能降耗、設(shè)計簡單與安全可靠等，并且廣泛應(yīng)用于電機驅(qū)動控制中。為了解決變頻器輸出電壓含有高次諧波的問題，本文通過對變頻技術(shù)原理和結(jié)構(gòu)進行簡單的介紹和分析，探討了電機控制中變頻驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用，本文主要針對電機與變頻控制系統(tǒng)最佳匹配性問題，同時解決的過程中提出一些合理的建議。

關(guān)鍵詞：電機;變頻器;驅(qū)動控制

引言

隨著經(jīng)濟、科學技術(shù)的發(fā)展，電子電力、計算機以及自動控制技術(shù)在不斷地成熟，而在工業(yè)控制方面，交流傳動和控制技術(shù)已經(jīng)成為了非常重要發(fā)展趨勢。隨著計算機時代的到來，以計算機為基礎(chǔ)的數(shù)字化技術(shù)正在逐漸取代模擬技術(shù)，科技的發(fā)展使得交流調(diào)速取代直流調(diào)速，這也是時代的主題，同時也是現(xiàn)階段電氣觸動技術(shù)面臨的一場重大革命。交流變頻技術(shù)已然成為當下最主要的發(fā)展趨勢，其特點節(jié)能降耗、很可靠、設(shè)計簡單、利于應(yīng)用等。在改革之前傳統(tǒng)電機對于諧波的考慮可以說幾乎是沒有的，但是由于諧波對于電機的運行性能有著不小的影響，所以以前在使用傳統(tǒng)電機時，雖然可以有很好的節(jié)能效果，但是始終無法達到理想的運行性能，在之前一直讓不少人感到困惑。所以由變頻驅(qū)動技術(shù)控制的異步電機的現(xiàn)在的研究有著非常大的意義。

1、電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的工作原理

變頻器通過RS485接觸口接收主控系統(tǒng)的指令，比如風扇的轉(zhuǎn)動信號，主要通過計算機遠程啟動與停止變頻器，由此通過RS485接口將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變給主控計算機。通常轉(zhuǎn)速電纜與變頻進行連接以后，風扇轉(zhuǎn)動后，其轉(zhuǎn)速通過傳感器采集給變頻器，實現(xiàn)對風扇轉(zhuǎn)速進行封閉性控制，風扇速度在0r/min～5500r/min之間時，精度為±5r/min，風扇最快速度為5500r/min，同時，根據(jù)實際情況風扇的控制精度是可以調(diào)節(jié)的。通過變頻器與電機的閉環(huán)操控，是可以控制變頻進而達到控制風扇轉(zhuǎn)速。

由整流電路、濾波電路、制動電路等組成的變頻器調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以電壓的波形為脈沖方波作為輸出，不過這種形式含有大量的高次諧波成分。

2、變頻電機調(diào)速系統(tǒng)

2.1變頻電機調(diào)速系統(tǒng)原理

實際運用中該電路還是達不到供電電源的使用要求，其電路中的電壓與頻率會按照一定的比例來進行變化的，兩者不可單獨進行調(diào)整，采用變頻調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動電機時，可以通過無極調(diào)速，具體體現(xiàn)在以下幾點：

2.1.1整流電路：整流電路主要采用三相不可控橋式手段進行運作，將三相交流電通過轉(zhuǎn)換形成直流電，為接下來的操作提供電能。

2.1.2濾波電路：采用濾波電路處理整流后含有大量高次諧波電壓。除此之外還能消除電路與逆變電路之間的結(jié)合，進而達到增加功率倍數(shù)，消除干擾的作用。

我們都知道電流沖擊過大，會導致整流橋的二極管損壞，而在電機中，在接觸電源時，由于電壓兩端為零，上電瞬間濾波器電容充電時電流的沖擊會非常的大。所以，要在上電的時候?qū)㈦娮鑂s串聯(lián)接到直流母線中，以此來限制充電電流。

2.1.3制動電路：電路中反饋能量會對變頻器造成非常大的損害和影響，如果不能消除，那么對于電動機的損害會非常的大，那么制動電爐的作用就顯現(xiàn)出來了，動電路的設(shè)置能夠全面抵消此部分能量，這部分能量很大一部分是因為電機減速過程中電機與轉(zhuǎn)子的速度差造成的，一旦轉(zhuǎn)子的速度過高或者超過電機速度，導致過量的動能增加直流母線濾波電容兩端的電壓，進而損害變頻器。

2.1.4逆變電路：逆變管由V1-V6組成的三相橋式整流電路將直流電轉(zhuǎn)換成頻率和幅值都可調(diào)的交電流。逆變模塊的開關(guān)控制信號經(jīng)常采用脈寬調(diào)制技術(shù)方式來實現(xiàn)。其中調(diào)速系統(tǒng)有兩種方式可調(diào)控分別低開環(huán)控制和反饋控制。對于開環(huán)控制主要通過對轉(zhuǎn)變速度偏差要求的不同場地，轉(zhuǎn)速的精確度并不是調(diào)節(jié)重要變量。為了實現(xiàn)對電機的控制，開環(huán)控制會給變頻器一個信號，根據(jù)信號變頻器回去調(diào)節(jié)技術(shù)處的相應(yīng)頻率。有一點需要注意，在一些對轉(zhuǎn)速精度要求高的多的開環(huán)控制并不適合，因為電機的轉(zhuǎn)速與定轉(zhuǎn)度有著一定的誤差，而開環(huán)控制畢竟是電機本身的控制，對于這種誤差無法進行自動調(diào)節(jié)。一般開環(huán)控制的自動調(diào)節(jié)無法精準調(diào)控。而閉環(huán)反饋控制在精確控制方面卻有著更好的表現(xiàn)，在開環(huán)的基礎(chǔ)上增加反饋環(huán)節(jié)，由反饋信息再次控制，已達到精準控制的效果。

2.2變頻器控制技術(shù)

2.2.1.直接轉(zhuǎn)矩控制。此項技術(shù)是1985年魯爾大學第一次提出的。這項技術(shù)之所以有效解決以上問題矢量不足問題，并且有簡單結(jié)構(gòu)特點。經(jīng)過之前一直不斷改變，這項技術(shù)已經(jīng)在大功率電力機車牽引流傳中得到了廣泛的運營。

2.2.2矩陣式交-交控制。這項技術(shù)與上面兩項技術(shù)不相同，直接挑戰(zhàn)了交-直-交變頻控制輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，除此之外，這種控制方法還省去了中間直流環(huán)節(jié)，因此極大性質(zhì)降低了成本。傳統(tǒng)的異步電機主要是通過控制電流或者瓷量等方法間接地控制電機驅(qū)動，而上面這種方法省去了中間的過程，采用直接控制的方法，大大降低了消耗，在降低成本的同時，還更加具有了比較高的啟動轉(zhuǎn)矩，而當電機啟動時，其輸出的轉(zhuǎn)矩達到了150%-200%，效率高，極大地提高了相應(yīng)速度。

3、電機變頻驅(qū)動技術(shù)的問題及處理方案

現(xiàn)階段大部分的異步電機都是通過恒定的電壓和頻率在公共網(wǎng)絡(luò)中獲得電源，由于變頻驅(qū)動技術(shù)還不成熟，所以在變頻驅(qū)動技術(shù)的實際應(yīng)用中，有很大一部分都是用傳統(tǒng)的異步電機替代導數(shù)變頻電機使用的。這就導致出現(xiàn)了多種情況，會出現(xiàn)電能獲取方式與設(shè)計中的變頻驅(qū)動電路出現(xiàn)不適配情況，這樣就會導致系統(tǒng)在實際運行過程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩不夠現(xiàn)象發(fā)生，產(chǎn)生噪音，甚至是增加對電機的消耗和磨損。

造成以上問題的原因有一下幾點：第一點電機的老化影響電機的運行，變頻器輸出電壓過程中諧波會增加電機的損耗。第二點變頻器調(diào)速范圍，傳統(tǒng)異步電機有著較弱的超速性能，這樣對于變頻器調(diào)速范圍造成不小的影響。第三點對電機的正常運行造成影響，變頻器的機構(gòu)技術(shù)主要是脈寬調(diào)制技術(shù)，實際運行過程中產(chǎn)生大量的次諧波電流，這種電流可能會導致電機出現(xiàn)故障等原因，嚴重影響著電機的正常運行。

通過上面就可以看出影響技術(shù)運行的原因有很多，出現(xiàn)的問題也有很多，結(jié)合實際情況根據(jù)不同的方式采取不同的解決措施，整體來看解決措施大體分兩個方向。第一個從逆變電機入手對變頻驅(qū)動技術(shù)進行改善，但是現(xiàn)階段國內(nèi)的逆變電機的完善尚未結(jié)束，還未達到完善的地步，僅僅能夠?qū)鹘y(tǒng)電機起到有限的作用，研究的進程仍然需要加速，以便達到解決問題的地步。第二點也是現(xiàn)階段可用的一點，那就是改善驅(qū)動電源，通過對逆變器的電流波形和電壓波形進行調(diào)整，降低該電流中所包含的諧波數(shù)量，以減少對電機的損耗，進而提升電機的運行穩(wěn)定性，可通過濾波器對諧波進行補償。

結(jié)語

異步電機采用電頻器供電，其性能與傳統(tǒng)電機大體相同，但是運行效果更好，這與電機的本體和調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計密切相關(guān)，第一變頻調(diào)速電機的設(shè)計和調(diào)速系統(tǒng);第二變頻調(diào)速異步電動機的設(shè)計會變的非常靈活。在未來電機驅(qū)動的發(fā)展趨勢中，采用逆變器實現(xiàn)逆變電機的控制是非常重要的組成部分。本文通過對電機變頻調(diào)速系統(tǒng)原理、結(jié)構(gòu)、和技術(shù)的分析，結(jié)合現(xiàn)實中存在的驅(qū)動電源不匹配問題，提出了解決措施，對改善電機驅(qū)動有著非常好的現(xiàn)實意義。電機驅(qū)動控制技術(shù)未來發(fā)展的主要方向為逆變電機，變頻器在其發(fā)展中的應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用，本文就相關(guān)技術(shù)提出了部分發(fā)展意見，以期為相關(guān)工作人員提供部分參考。

參考文獻

[1]陳志根.變頻驅(qū)動控制及其對電機作用的研究[D].華北電力大學，2005.

[2]程樹康，蔡鶴皋.新型電驅(qū)動系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2005，6.

[3]吳紅星.電機驅(qū)動與控制專用集成電路應(yīng)用手冊[M].中國電力出版社，2009，7.