變頻器對(duì)變頻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制

張守朋

摘 要：變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)是變頻電機(jī)裝置中較為重要的一種技術(shù)類型，本文主要從變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及工作結(jié)構(gòu)入手，對(duì)其在電機(jī)控制中的應(yīng)用情況進(jìn)行了全面分析，并對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和解決。

關(guān)鍵詞：變頻器；變頻電機(jī)；驅(qū)動(dòng)控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.132

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，工業(yè)控制中的控制技術(shù)以及交流傳動(dòng)技術(shù)也越來越重要。就當(dāng)前各類技術(shù)分析來看，電氣傳動(dòng)技術(shù)也面臨著非常嚴(yán)峻的改革機(jī)會(huì)，直流調(diào)速逐漸被交流調(diào)速所替代，傳統(tǒng)模擬技術(shù)也逐漸被計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)所取代。交流變頻驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有較大的優(yōu)勢，較為顯著的主要有安全可靠、設(shè)計(jì)簡單、節(jié)能降耗、操作便捷等，且能夠有效避免變頻器輸出共模電壓中的低頻分量。

1 變頻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

變頻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要包含四個(gè)部分，分別是整流電路、濾波電路、制動(dòng)電路以及逆變電路，該電路的輸出波形為脈沖方波，其中的主要波形成分為高次諧波，電路中電壓發(fā)生變化是頻率也會(huì)按照一定比例進(jìn)行變化，二者均不可單獨(dú)進(jìn)行調(diào)整，可見，該電路在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)不到供電電源的使用要求。

（1）整流電路。整流電路主要通過三相不可控橋式整流電路進(jìn)行操作，通過該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將三相交流電傳遞轉(zhuǎn)換為直流電，進(jìn)行下一步的電力供應(yīng)。

（2）濾波電路。整流電路中轉(zhuǎn)化完成的電流中高次諧波的含量比較高，濾波電路主要是對(duì)該電流進(jìn)行進(jìn)一步的處理，除此之外，還能夠消除逆變電路與整流電路之間的耦合問題，避免電路中出現(xiàn)干擾情況，實(shí)現(xiàn)電路中功率因數(shù)的意義。當(dāng)電路接入到電源時(shí)，電容兩端的電壓均為0，導(dǎo)致通電時(shí)濾波器電容充電是過大的電流很容易對(duì)整流橋中的二極管造成破壞，需要通過電阻的作用避免這一情況的發(fā)生，待電流中電流恢復(fù)穩(wěn)定后可將電阻進(jìn)行短路處理。

（3）制動(dòng)電路。制動(dòng)電路的作用主要是消除電路中的反饋能量，該部分能量主要產(chǎn)生于電機(jī)減速過程中轉(zhuǎn)子速度過高甚至超過電機(jī)速度，導(dǎo)致過量的動(dòng)能增加直流母線濾波電容兩端的電壓，如未能及時(shí)進(jìn)行消除會(huì)對(duì)變頻器造成嚴(yán)重的損害和影響，制動(dòng)電路的設(shè)置能夠全面處理抵消此部分能量。

（4）逆變電路。逆變電路的主要構(gòu)成是逆變管，能夠?qū)⒃腥鄻蚴秸麟娐忿D(zhuǎn)換后的直流電進(jìn)行逆變處理，處理后電路中的幅值和頻率都可以進(jìn)行調(diào)整。逆變電路系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中主要通過兩種方式進(jìn)行控制，分別為閉環(huán)反饋控制和開環(huán)反饋控制兩種。開環(huán)反饋控制在實(shí)際應(yīng)用中主要是為變頻器設(shè)定一個(gè)頻率信號(hào)，依次來控制變頻器的循環(huán)的工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制[1]。電機(jī)在實(shí)際工作過程中通過功率控制轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速與給定的轉(zhuǎn)速之間會(huì)出現(xiàn)一定的差別，且該誤差無法避免，因此，在精度要求較高的電機(jī)場所中此控制方式并不適用。閉環(huán)反饋控制在是傳統(tǒng)開環(huán)反饋控制的基礎(chǔ)上進(jìn)行的進(jìn)一步調(diào)整，其調(diào)整方式主要是增加了反饋緩解，在應(yīng)用通過對(duì)實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境可對(duì)誤差進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到預(yù)期的輸出效果。大部分閉環(huán)反饋控制在實(shí)際應(yīng)用中都會(huì)安裝一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，該傳感器的安裝能夠?qū)㈩A(yù)測的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行反饋，并與預(yù)期參考值進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整，降低轉(zhuǎn)速之間的偏差，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正常運(yùn)行。

2 電機(jī)變頻器控制技術(shù)

（1）電壓矢量控制。電壓矢量控制在實(shí)際電路控制中主要作用于異步電機(jī)單相坐標(biāo)系，對(duì)該電路中的膽子電流進(jìn)行處理，處理方式主要是直角坐標(biāo)變換，通過對(duì)直流電機(jī)控制方法進(jìn)行模仿，以達(dá)到直流電機(jī)控制量，但是，由于電機(jī)參數(shù)會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能造成一定的影響，導(dǎo)致其對(duì)矢量旋轉(zhuǎn)造成一定的影響，不利于整體效果的控制。

（2）直接轉(zhuǎn)矩控制。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)提出于1985年，該技術(shù)的提出和發(fā)展對(duì)于矢量控制中的漏洞有非常重要的平衡作用，且該技術(shù)的動(dòng)靜態(tài)特性較高，且結(jié)構(gòu)較為簡單。隨著相關(guān)技術(shù)研究的不斷完善，其在實(shí)際應(yīng)用中的應(yīng)用面以及應(yīng)用效果也在不斷提升，其在大功率電機(jī)車牽引交流傳動(dòng)中的應(yīng)用無需對(duì)交流電機(jī)進(jìn)行處理，變換方式更加簡單，應(yīng)用面更廣[2]。

3 電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)的問題及處理方案

變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中主要使用普通的異步電機(jī)對(duì)導(dǎo)數(shù)變頻電機(jī)進(jìn)行替代，但是大部分異步電機(jī)在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中主要通過恒定頻率以及恒定電壓的公共電力網(wǎng)絡(luò)中獲取資源電能，該電能獲取方式會(huì)導(dǎo)致變頻電機(jī)與多設(shè)計(jì)的變頻驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)不適配情況，該不適配情況的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，增加對(duì)電機(jī)的消耗和磨損，且會(huì)產(chǎn)生大量的噪聲[3]。

造成以上各類問題的因素主要有以下幾點(diǎn)：①變頻器的結(jié)構(gòu)技術(shù)主要為脈寬調(diào)制技術(shù)，其在實(shí)際輸出電壓運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波電流，該類電流的存在會(huì)對(duì)電機(jī)的正常運(yùn)行造成一定的影響，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)故障等不良情況。②傳統(tǒng)異步電機(jī)的超速性能較弱，會(huì)對(duì)變頻器的調(diào)速范圍造成一定的影響。③傳統(tǒng)異步電機(jī)中的電機(jī)與排風(fēng)扇處于同軸的情況，因此，該電機(jī)的散熱效果與電機(jī)的轉(zhuǎn)速有一定的關(guān)系，如電機(jī)的運(yùn)行速度比較低，電機(jī)的散熱效果也會(huì)有所下降，電機(jī)溫度的升高則會(huì)對(duì)電機(jī)的恒運(yùn)轉(zhuǎn)造成一定的影響，不利于電機(jī)中額定電能的輸出和傳遞。④變頻器輸出電壓中過量的高次諧波會(huì)增加對(duì)于電機(jī)的損耗，加快電機(jī)的老化影響電機(jī)的正常運(yùn)行。

就以上各項(xiàng)類電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)問題分析可見，影響該技術(shù)運(yùn)行的原因有很多中，產(chǎn)生的問題也是多種多樣的，需要根據(jù)實(shí)際的問題選擇相適合的解決措施，綜合分析來看，解決措施主要有兩個(gè)方向[4]。首先，需要改善驅(qū)動(dòng)的電源，通過對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的改善，對(duì)逆變器的電流波形和電壓波形進(jìn)行調(diào)整，降低該電流中的諧波含量，通過對(duì)諧波含量的控制提升電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，可通過濾波器對(duì)諧波情況進(jìn)行補(bǔ)償處理。其次，可以從逆變電機(jī)入手對(duì)變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行完善，但是當(dāng)前國內(nèi)外對(duì)于逆變電機(jī)的研究均未完善，僅能夠?qū)鹘y(tǒng)異步電機(jī)起到一定額作用，仍需進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究，已達(dá)到解決變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)問題的效果。

4 結(jié)束語

綜上可知，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)未來發(fā)展的主要方向?yàn)槟孀冸姍C(jī)，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)工作提供部分參考。

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