電氣控制系統(tǒng)中變頻器的研究探討

王 雋，郭敏杰

（沈陽機(jī)床股份有限公司電裝分公司 遼寧 沈陽 110142）

1 變頻器的特點(diǎn)

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

圖1 變頻器建模圖

電動(dòng)機(jī)變頻器是一個(gè)高效率、高性能的元件，主要是應(yīng)用在機(jī)床籠型異步電動(dòng)機(jī)上，它的特點(diǎn)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(dòng)機(jī)也可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速，同時(shí)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(jìn)行的，后者是在頻率上調(diào)速，按照電動(dòng)機(jī)的負(fù)載進(jìn)行分類，分為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載。

2 變頻器工作原理

電動(dòng)機(jī)的速度計(jì)算公式如下：

式中：n—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；

P—電動(dòng)機(jī)磁極對數(shù)；

f—電源頻率；

s—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率。

通過上邊的公式可以發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是與電動(dòng)機(jī)磁極對數(shù)和頻率有關(guān)，而電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)上，磁極對數(shù)不是一個(gè)連續(xù)遞增的數(shù)值，所以通過改變電動(dòng)機(jī)的磁極對數(shù)進(jìn)行調(diào)速，速度改變不會(huì)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(dòng)機(jī)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(jìn)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(gè)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(gè)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(shí)候會(huì)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(huì)產(chǎn)生諧波干擾源，會(huì)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(dòng)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(huì)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(shí)候加速的時(shí)間太短，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載發(fā)生突然變化，分配不均勻，會(huì)造成過流故障，這種情況下會(huì)損壞變頻器，所以在調(diào)速時(shí)候時(shí)間要延長，外加能耗制動(dòng)元件；

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

（3）啟動(dòng)困難、這種情況是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過大，這種情況可以提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；

（4）溫升、噪聲，原因是變頻載波頻率值與電動(dòng)機(jī)及其負(fù)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(jī)床實(shí)現(xiàn)全方面控制，電動(dòng)機(jī)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(jì)者只有充分考慮變頻器的特點(diǎn)，才能發(fā)揮點(diǎn)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。

[1] 閆和平.常用低壓電氣應(yīng)用手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2] 白恩遠(yuǎn)，王俊元，孫愛國.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床伺服及檢測技術(shù).[M].北京：國防工業(yè)出版社，2002.

[3] 馮垛生.變頻器的應(yīng)用與維護(hù)[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社.

[4] 劉武發(fā)，張瑞，趙江銘.機(jī)床電氣控制[M].化學(xué)工業(yè)出版社.