變頻器在電動機保護控制中的應(yīng)用

于 菲

（陽泉煤業(yè)（集團）股份有限公司發(fā)供電分公，山西 陽泉 045000）

1 變頻器簡介

變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)和微電子技術(shù)，利用電動機工作電源的頻率改變實現(xiàn)對交流電動機控制的電氣設(shè)備。變頻器主要構(gòu)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(qū)動單元、檢測單元和微處理單元。變頻器利用內(nèi)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(xiàn)節(jié)能、電機調(diào)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(fā)揮的作用。變頻器通過調(diào)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(diào)整，當(dāng)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(dāng)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(jiān)測輸出電壓，當(dāng)輸出電壓出現(xiàn)缺相故障時，變頻器發(fā)出警報，5min后（此時間可以由用戶在參數(shù)中設(shè)定）停機。

5）反相保護。變頻器只能讓電動機朝一個方向旋轉(zhuǎn)，不能改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向。只有當(dāng)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(zhuǎn)方向改變。

6）過載保護。變頻器能有效監(jiān)測電動機工作電流，當(dāng)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(fā)生缺相（一相或兩相）接地時，變頻器會發(fā)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(gòu)成。

8）短路保護。當(dāng)變頻器輸出發(fā)生短路現(xiàn)象后，必然引起過電流，當(dāng)變頻器檢測到過電流后，在10μs內(nèi)變頻器保護停機。

9）超頻保護。變頻器可調(diào)頻率有一定的范圍，即：可調(diào)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(xiàn)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(fā)生失速過程，其表現(xiàn)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(xiàn)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(diào)試中設(shè)定安全減速時間來實現(xiàn)。即使出現(xiàn)突發(fā)情況，發(fā)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(diào)速控制方式，U／f控制最為簡單，一般用在通用變頻器、風(fēng)機、泵類機械的工作中，起節(jié)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(shè)計頻率之下，通過保持輸出電壓和輸出頻率的穩(wěn)定性保障電動機工作所需轉(zhuǎn)矩特性。優(yōu)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(zhuǎn)差頻率控制

轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器是以電動機的工作速度和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速值、轉(zhuǎn)差頻率（速度調(diào)節(jié)器的輸出值即為轉(zhuǎn)差頻率）。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)差頻率控制變頻器配備速度調(diào)節(jié)器，可以通過速度反饋信號實現(xiàn)速度閉環(huán)控制，使得速度靜差縮小，可以應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)。

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(shù)，同時還是異步電動機的一種理想調(diào)試技術(shù)。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(xiàn)對異步電動機勵磁電流、轉(zhuǎn)矩電流的控制，以此達到轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xiàn)更高性能。在調(diào)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(zhuǎn)矩進行控制。這一優(yōu)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(yīng)用。

3.4 直接轉(zhuǎn)矩控制

直接轉(zhuǎn)矩控制簡稱DTC。直接轉(zhuǎn)矩控制是以轉(zhuǎn)矩作為控制量。該控制方式的優(yōu)點是僅對定子磁鏈予以控制，無需電機轉(zhuǎn)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(xiàn)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(shù)。

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變頻器的使用也將會越來越廣泛，無論是工業(yè)設(shè)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(fā)揮出來，更好地服務(wù)于生產(chǎn)。

［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(yīng)用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2011.