變頻器對變頻電機的驅動控制

丁玲娟

摘要：變頻驅動技術就目前而言具備很多優(yōu)點，比如節(jié)能降耗、設計簡單與安全可靠等，并且廣泛應用于電機驅動控制中。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原理和結構進行簡單的介紹和分析，探討了電機控制中變頻驅動技術的應用，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。

關鍵詞：電機;變頻器;驅動控制

引言

隨著經濟、科學技術的發(fā)展，電子電力、計算機以及自動控制技術在不斷地成熟，而在工業(yè)控制方面，交流傳動和控制技術已經成為了非常重要發(fā)展趨勢。隨著計算機時代的到來，以計算機為基礎的數(shù)字化技術正在逐漸取代模擬技術，科技的發(fā)展使得交流調速取代直流調速，這也是時代的主題，同時也是現(xiàn)階段電氣觸動技術面臨的一場重大革命。交流變頻技術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、設計簡單、利于應用等。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。所以由變頻驅動技術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接口將轉速信號轉變給主控計算機。通常轉速電纜與變頻進行連接以后，風扇轉動后，其轉速通過傳感器采集給變頻器，實現(xiàn)對風扇轉速進行封閉性控制，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速。

由整流電路、濾波電路、制動電路等組成的變頻器調節(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、變頻電機調速系統(tǒng)

2.1變頻電機調速系統(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整，采用變頻調速系統(tǒng)驅動電機時，可以通過無極調速，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，要在上電的時候將電阻Rs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子的速度差造成的，一旦轉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換成頻率和幅值都可調的交電流。逆變模塊的開關控制信號經常采用脈寬調制技術方式來實現(xiàn)。其中調速系統(tǒng)有兩種方式可調控分別低開環(huán)控制和反饋控制。對于開環(huán)控制主要通過對轉變速度偏差要求的不同場地，轉速的精確度并不是調節(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)信號變頻器回去調節(jié)技術處的相應頻率。有一點需要注意，在一些對轉速精度要求高的多的開環(huán)控制并不適合，因為電機的轉速與定轉度有著一定的誤差，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節(jié)。一般開環(huán)控制的自動調節(jié)無法精準調控。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

2.2.1.直接轉矩控制。此項技術是1985年魯爾大學第一次提出的。這項技術之所以有效解決以上問題矢量不足問題，并且有簡單結構特點。經過之前一直不斷改變，這項技術已經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。這項技術與上面兩項技術不相同，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矩，而當電機啟動時，其輸出的轉矩達到了150%-200%，效率高，極大地提高了相應速度。

3、電機變頻驅動技術的問題及處理方案

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)絡中獲得電源，由于變頻驅動技術還不成熟，所以在變頻驅動技術的實際應用中，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)電能獲取方式與設計中的變頻驅動電路出現(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)轉矩不夠現(xiàn)象發(fā)生，產生噪音，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，變頻器的機構技術主要是脈寬調制技術，實際運行過程中產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運行的原因有很多，出現(xiàn)的問題也有很多，結合實際情況根據(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動技術進行改善，但是現(xiàn)階段國內的逆變電機的完善尚未結束，還未達到完善的地步，僅僅能夠對傳統(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，那就是改善驅動電源，通過對逆變器的電流波形和電壓波形進行調整，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速系統(tǒng)的設計密切相關，第一變頻調速電機的設計和調速系統(tǒng);第二變頻調速異步電動機的設計會變的非常靈活。在未來電機驅動的發(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速系統(tǒng)原理、結構、和技術的分析，結合現(xiàn)實中存在的驅動電源不匹配問題，提出了解決措施，對改善電機驅動有著非常好的現(xiàn)實意義。電機驅動控制技術未來發(fā)展的主要方向為逆變電機，變頻器在其發(fā)展中的應用起著至關重要的作用，本文就相關技術提出了部分發(fā)展意見，以期為相關工作人員提供部分參考。

參考文獻

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