探析變頻器對(duì)變頻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制

汪洋

摘? 要：隨著我國社會(huì)生活與工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，越來越多的控制設(shè)備應(yīng)用已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展的必然趨勢，比如電氣設(shè)備中的風(fēng)扇傳動(dòng)控制系統(tǒng)、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等內(nèi)容，都需要通過變頻器進(jìn)行轉(zhuǎn)速變化的閉環(huán)控制。因此本文就以變頻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制經(jīng)營分析，通過對(duì)變頻電機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容與要求的闡述，從而針對(duì)變頻電機(jī)控制的問題提出有針對(duì)性解決措施。

關(guān)鍵詞：變頻器;閉環(huán)控制;轉(zhuǎn)速

1變頻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

變頻電器的變頻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要通過電路輸出的脈沖方波進(jìn)行控制，電路輸出的主要波形為高次諧波，同時(shí)電路中的電壓也會(huì)隨波形發(fā)生一定的頻率變化。二者有效結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的準(zhǔn)確控制。很多電器在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制時(shí)所使用的供電電源都會(huì)達(dá)不到要求，目前去進(jìn)行變頻電器電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的電流主要有以下四種類型。

（1）整流電路：整流電路通過不可控橋式電流操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將三相交流電轉(zhuǎn)化為直流電應(yīng)用在電器設(shè)備的控制中。優(yōu)點(diǎn)是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定的直流電流輸出，但實(shí)際設(shè)備的質(zhì)量并不是很高。

（2）濾波電路：整流電路中轉(zhuǎn)化的三相電流中含有大量的高次諧波，濾波電路就是針對(duì)整流電路處理后的三相電流進(jìn)行進(jìn)一步控制。同時(shí)，濾波電路也能夠進(jìn)一步找出整流電路與其他電路之間的耦合問題，避免電路運(yùn)行過程中的自身干擾問題，一般初次接入電源的電路的電容器電壓為0。如果直接將充電后的電容器應(yīng)用到整流橋中，則會(huì)有于過大電流造成整流橋中發(fā)光發(fā)光二極管的損壞，而濾波電路真是通過增加電阻來避免這一問題，等電流穩(wěn)定后才可以進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的操作。

（3）制動(dòng)電路：由于電器設(shè)備停止時(shí)或者功率下降時(shí)，電機(jī)在減速過程中轉(zhuǎn)子速度會(huì)過高甚至超過電機(jī)本身速度，導(dǎo)致獲獎(jiǎng)的動(dòng)能直接通過電容器兩端增加到直流母線上，濾波電路也不能全面消除這一問題，對(duì)變頻電器設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量與設(shè)備本身都會(huì)造成巨大損害，而制動(dòng)電路的作用就是要消除電機(jī)減速時(shí)出現(xiàn)的電路反饋能量，保證變頻電器電機(jī)減速運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定控制。

圖1 開環(huán)電流控制?????? 圖2 電壓磁通矢量控制

（4）逆變電路：逆變電路還是將原有整流電路的三相橋式整流電路轉(zhuǎn)化的直流電進(jìn)行逆變處理，逆變電路的構(gòu)成是增加了逆變管控制設(shè)備。在實(shí)際的變頻電機(jī)控制中主要有兩種控制方式，，分別是電路的閉環(huán)反饋控制和開環(huán)反饋控制，開關(guān)反饋控制是在變頻器的實(shí)際應(yīng)用中設(shè)定一個(gè)頻率控制信號(hào)，通過頻率信號(hào)的變化實(shí)現(xiàn)制變頻器的循環(huán)控制的工作。但是通過功率控制轉(zhuǎn)速進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制時(shí)，控制轉(zhuǎn)速與實(shí)際給定轉(zhuǎn)速會(huì)出現(xiàn)一定的差別，而且這種差別是無法規(guī)避的。所以在精度較高的工業(yè)變頻電器中并不適合應(yīng)用開環(huán)反饋。閉關(guān)反饋是在上述開環(huán)反饋上的一種調(diào)整優(yōu)化，調(diào)整的內(nèi)容就是增加了反饋緩解技術(shù)，其作用就是對(duì)變頻電器運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速變動(dòng)誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)。而且閉關(guān)反饋控制都安裝下很好的轉(zhuǎn)速傳感器，可以根據(jù)實(shí)際的轉(zhuǎn)速情況進(jìn)行與預(yù)期參考值進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)結(jié)果對(duì)轉(zhuǎn)速差額進(jìn)行調(diào)整保證電機(jī)設(shè)備的高精度控制。

2電機(jī)變頻器控制技術(shù)

2.1 電壓矢量控制技術(shù)? 電機(jī)矢量控制主要應(yīng)用于異步電機(jī)單相坐標(biāo)系的控制，處理方式也就是直角坐標(biāo)體系的變換，將電路中的交流電進(jìn)行直流電機(jī)的控制方法進(jìn)行模仿，從而達(dá)到直流電機(jī)的控制量，但是電機(jī)參數(shù)會(huì)受到系統(tǒng)本身性能的影響，如果電機(jī)矢量轉(zhuǎn)化性能達(dá)不到要求也會(huì)影響整體的控制效果。

2.2直接轉(zhuǎn)矩控制? 直接轉(zhuǎn)矩紅紙技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于上面提到的矢量控制有重要的平衡作用，而且直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)應(yīng)用的動(dòng)態(tài)性更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也更為簡單，隨著當(dāng)前技術(shù)研究的不斷完善。直接轉(zhuǎn)矩在實(shí)際應(yīng)用的效果也在不斷提升，尤其是大功率的變頻電器控制對(duì)于牽引交流傳統(tǒng)應(yīng)用，變換方式更為簡單、應(yīng)用面積更廣、無需對(duì)外交流就能夠?qū)﹄姍C(jī)車牽引交流傳。

3、電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)的問題及處理方案

電器變頻器對(duì)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制應(yīng)用，主要是普通異步電機(jī)對(duì)其他變頻電機(jī)的替代，但是實(shí)際設(shè)計(jì)過程中大部分的異步電機(jī)是通過恒定頻率來獲取電能，這種情況就會(huì)出現(xiàn)變頻編輯組設(shè)計(jì)變頻驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)不適配的情況，而且不適配情況還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。增加變頻電機(jī)本身的消耗與磨損問題，并伴隨有大量的噪聲污染。出現(xiàn)以上變頻電機(jī)問題的主要有以下幾點(diǎn)原因：一是變頻器本身的結(jié)構(gòu)技術(shù)是脈寬調(diào)制技術(shù)，這種技術(shù)在電機(jī)實(shí)際電壓的輸出過程中會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波電流，這些電流會(huì)對(duì)電機(jī)的正常運(yùn)行造成一定干擾，增加故障率與驅(qū)動(dòng)控制不良的現(xiàn)象。二是傳統(tǒng)的異步電機(jī)在超速條件下性能較弱，驅(qū)動(dòng)控制時(shí)對(duì)變頻器調(diào)速范圍產(chǎn)生影響。三是傳統(tǒng)異步電機(jī)中的風(fēng)扇與排風(fēng)安裝在同一轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，如果電機(jī)轉(zhuǎn)速變化會(huì)影響到散熱效果，同時(shí)溫度升高又會(huì)使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的額定電能輸出出現(xiàn)波動(dòng)，造成變頻電機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制問題的惡性循環(huán)。四是變頻器電壓輸出過程中高次諧波會(huì)增加對(duì)于電機(jī)本身的損耗，電機(jī)老化也是影響驅(qū)動(dòng)控制的重要因素，針對(duì)以上各類電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)問題的一一列舉，可以看出影響變頻器控制作為的原因與問題都是多種多樣，實(shí)際過程中還是需要以防范維護(hù)為主，并結(jié)合具體問題進(jìn)行分析，可以從以下兩個(gè)方面進(jìn)行普遍問題的解決。首先對(duì)于一些老式電機(jī)更換驅(qū)動(dòng)電源，通過優(yōu)化電路輸出改善逆變器中的電流與電壓波形，主要是為了降低電流中的楷波含量，加強(qiáng)楷波含量控制提升電機(jī)濾波器的補(bǔ)償能力。其次，從逆變器電機(jī)入手進(jìn)行完善，能夠?qū)鹘y(tǒng)的異步電機(jī)的濾波補(bǔ)償與電壓穩(wěn)定進(jìn)行有效的等額分配，是一種最優(yōu)的變頻器控制方式，但是目前我國對(duì)于逆變器的技術(shù)研究還不夠完善，僅僅能夠?qū)Ξ惒诫姍C(jī)驅(qū)動(dòng)控制進(jìn)行一定額度內(nèi)的補(bǔ)充，是否能夠全面解決變頻驅(qū)動(dòng)問題還需要進(jìn)一步研究。

結(jié)束語

綜上可知，變頻器電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)在在未來有著巨大的市場前景，通過電壓穩(wěn)定性與濾波調(diào)節(jié)可以起到一定作用，但是最終的技術(shù)應(yīng)用方向還是逆變器的開發(fā)。相關(guān)研究部門還需要不斷完善改進(jìn)才行。