大功率變頻器的分段同步控制技術(shù)研究

劉輝 張永 侯東

摘要：分析表明，電氣控制系統(tǒng)中采用變頻技術(shù)能提高系統(tǒng)的整體性能，有效解決傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中的一些問題。闡述在電機(jī)控制系統(tǒng)中，變頻器在主軸轉(zhuǎn)速控制應(yīng)用中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電氣控制系統(tǒng);變頻器

1大功率變頻器的特點(diǎn)

通過齒輪的配比，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的調(diào)速較為常見，但調(diào)速范圍較窄且較為復(fù)雜。在實(shí)際大型機(jī)電設(shè)備中，可以應(yīng)用變頻器實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)調(diào)速目的。高性能和高效率是電動機(jī)變頻器突出特點(diǎn)，主要在籠型異步電動機(jī)中使用。它具有變速范圍寬、轉(zhuǎn)矩大的特點(diǎn)，對電動機(jī)的調(diào)速，即便工作環(huán)境較為惡劣也可以實(shí)現(xiàn)，且節(jié)能效果明顯。恒功率調(diào)速和恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速都是通過變頻器的范圍進(jìn)行劃分的，頻率上實(shí)現(xiàn)了前者調(diào)速，通過額定頻率實(shí)現(xiàn)了后者的調(diào)速。從電動機(jī)負(fù)載考慮，將分為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率兩類。

2變頻器工作原理

3大功率變頻器的分段同步控制技術(shù)

在控制柜內(nèi)安裝變頻器，怎樣設(shè)計(jì)變頻控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)和制造變頻控制柜。在控制柜內(nèi)部的中間部位最好安置變頻器;電氣工程師要對變頻器實(shí)際應(yīng)用的具體要求進(jìn)行明確和了解，并對其進(jìn)行垂直安裝，并保證正上方和正下方安裝后不能阻擋排風(fēng)和進(jìn)風(fēng)的大元件。變頻器上、下部邊緣距離控制柜頂部底，或者隔板，或者必須安裝的大元件等的最小間距離，高于 300 mm。特殊的用戶在進(jìn)行使用時，需要將鍵盤取下， 在設(shè)計(jì)變頻控制系統(tǒng)前，需要清除明確系統(tǒng)配置， 并根據(jù)客戶需要，控制方式以及工作方式環(huán)境等對變頻器面板的監(jiān)控用膠帶密封，或者用面板對其進(jìn)行替換，避免大量的粉塵進(jìn)入變頻器內(nèi)，具體的系統(tǒng)分為新的設(shè)計(jì)系統(tǒng)或舊的設(shè)備改造系統(tǒng)。對于舊設(shè)備改造，應(yīng)了解以下技術(shù)參數(shù)和要求。需要對變頻器進(jìn)行定期維護(hù)，并對灰塵進(jìn)行及時的清理干凈。

4變頻器分段同步控制建模仿真

SPWM主要有兩種調(diào)制方式，即同步和異步調(diào)制，其主要區(qū)別是SPWM中載波比是否恒定不變。干擾會在變頻器應(yīng)用過程中出現(xiàn)。變頻器控制共兩種，即控制回路、主回路，并在其工作的過程中有諧波干擾源出現(xiàn)，在一定程度上會影響到電源和輸出設(shè)備。而接地不良、接觸不良、靜電感應(yīng)、靜電耦合是變頻器的四種干擾類型，對電纜距離進(jìn)行加大在一定程度上能有效解決靜電耦合干擾，為了降低感應(yīng)干擾，使問題得以有效解決，對主回路線纜、控制線纜及其他動力電纜進(jìn)行分離敷設(shè)，而接線問題的出現(xiàn)容易發(fā)生接觸不良和接地干擾，最佳的方式就是對其進(jìn)行排查。數(shù)控機(jī)床中的關(guān)鍵性組成部分即為數(shù)控機(jī)床主軸，它被用來安裝刀具或工件并驅(qū)動它們旋轉(zhuǎn)，機(jī)械加工精度會直接受到旋轉(zhuǎn)精度的影響，而生產(chǎn)效率、零件表面粗糙度會直接受到轉(zhuǎn)速大小的影響。對于數(shù)控機(jī)床而言，其主軸控制的方式為模擬量控制、串行伺服控制兩種。模擬量控制為主軸的速度信號是模擬量的形式，并可以持續(xù)化，通常使用變頻器來對模擬量控制的主軸驅(qū)動裝置進(jìn)行控制。如變頻器面板通電了也無顯示數(shù)據(jù)。故障現(xiàn)象：機(jī)床接電后，主軸不轉(zhuǎn)，顯示板沒有顯示。診斷分析：（1）要詳細(xì)檢查伺服驅(qū)動單元與主軸之間的線路、數(shù)控機(jī)床的裝置，如果無問題。（2）檢測變頻器和輸入電源。（3）如果檢測電源無問題，即可確定故障來源于變頻器。診斷方法解析。對于變頻器而言，則需要對內(nèi)部的整流模塊進(jìn)行詳細(xì)檢查，看其有沒有發(fā)生損壞，斷電狀況下，使用萬用表進(jìn)行電阻法測量，其主要測量對象為變頻器的直流端、三相輸入、輸出端電阻，如果測量中阻值是 7，證明內(nèi)部整流模塊無問題，接著檢查變頻器，看見整流的二極管有擊穿現(xiàn)象，這是導(dǎo)致電源無法輸入，顯示板無數(shù)據(jù)的原因。

排除法。想要保證數(shù)控機(jī)床工作正常，最好的方式是重新?lián)Q一個新的二極管。

5矢量控制模塊

該控制模塊采用一個磁鏈閉環(huán)、兩個定子電流調(diào)節(jié)閉環(huán)，將電流的控制轉(zhuǎn)換成對電壓的控制。其中各環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型如圖2所示。

主從之間的可控關(guān)系輸入信號（RUN，Speed_Set，Trq_Set）由“數(shù)字輸入端子”（digitalinputterminals）接入。這樣，就可以容易地實(shí)現(xiàn)其他控制信號（Sync_Ctrl_Bypass，Trq_Ctrl_Option_Bypass）與輸入信號（RUN，Speed_Set，Trq_Set）共同對電機(jī)進(jìn)行控制。主站向從站發(fā)送控制位（RUN，F(xiàn)AULT_RESET等）以及轉(zhuǎn)矩、速度的設(shè)定值。在控制位“RUN”的作用下，從站開始運(yùn)行并跟蹤轉(zhuǎn)矩、速度的設(shè)定值（設(shè)定值通過RS-422同步通信總線，由主站發(fā)送至從站）。從站的啟/停反饋信號（RUN/STOP），由從站的“二進(jìn)制輸出端子”（DO1）發(fā)送到主站的“二進(jìn)制輸入端子”（DI5），主站則通過總線監(jiān)視從站的RUN/STOP狀態(tài)信號。

圖中控制信號為0時電機(jī)牽引運(yùn)行，為1時制動運(yùn)行。PI調(diào)節(jié)器的Kp設(shè)得較大，限幅為開始的恒轉(zhuǎn)矩1500N·m，它除了限定電機(jī)啟始運(yùn)行段的給定轉(zhuǎn)矩，還起到限速的作用，speed*就是牽引運(yùn)行過程中限定的最大速度。

結(jié)論

仿真結(jié)果表明，控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的動態(tài)響應(yīng)迅速，靜態(tài)性能良好，磁鏈幅值基本能夠保持恒定，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可靠性。但是分段同步控制技術(shù)也存在不足之處，如穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時轉(zhuǎn)矩脈動較大，存在諧波干擾等，需要進(jìn)一步探討研究。

參考文獻(xiàn)

[1]李劍峰.煤礦應(yīng)用變頻器的技術(shù)研究與實(shí)踐[J].變頻器世界，2015（08）：80-85.

[2]徐殿國，劉曉峰，于泳.變頻器故障診斷及容錯控制研究綜述[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，30（21）：1-12.

[3]白晶，趙廣山，葉延亮，周振雄，曲永印.雙PWM變頻器整流控制策略的研究[J].北華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006（04）：371-373.

[4]梁世益.電氣傳動中變頻器應(yīng)用技術(shù)研究[J].低碳世界，2014（07）：40-42.

[5]夏羅生.變頻器在數(shù)控機(jī)床主軸控制中的應(yīng)用[J].機(jī)床電器，2012，39（03）：38-40.