變頻器的控制對策及應(yīng)用分析

王一凡

(機(jī)械工業(yè)第四設(shè)計(jì)研究院，河南 洛陽 471039)

變頻器的主要目的是節(jié)能調(diào)速和工藝調(diào)速，節(jié)能調(diào)速主要用于風(fēng)機(jī)、泵類機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速控制，相對與傳統(tǒng)的調(diào)速方式能夠節(jié)約30%—40%的能量，而工藝調(diào)速主要是根據(jù)工藝要求對設(shè)備進(jìn)行調(diào)速，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)設(shè)備的軟啟動。總之，變頻器的應(yīng)用不僅能夠減少控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時間，提高控制系統(tǒng)的精確度和可靠性，還能夠減小電機(jī)設(shè)備電流對電網(wǎng)的沖擊，延長設(shè)備的使用壽命，降低維修成本，提高工作效率。近年來，為了貫徹落實(shí)可持續(xù)發(fā)展觀，貫徹落實(shí)節(jié)能減排，變頻器在煤礦、鋼鐵、運(yùn)輸、防止等行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，因此，企業(yè)要達(dá)到節(jié)約能耗、擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)效益的目的，就需對變頻器采取有效的控制措施，使變頻器在企業(yè)中的節(jié)能應(yīng)用更合理、更高效。

1 變頻器的工作原理

變頻器是一種電能控制裝置，其工作原理是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用，將工頻交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓或者頻率可變的交流電，使電機(jī)獲得無極調(diào)速所需的電壓和電流。變頻器能實(shí)現(xiàn)無附加轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速，能根據(jù)電機(jī)負(fù)載量的變化，實(shí)現(xiàn)自動、穩(wěn)定的增速和減速，它在很大程度上提高了電機(jī)的工作效率，在相關(guān)企業(yè)的發(fā)展中具有不可替代的作用。電機(jī)的磁極對數(shù)是固定不變的，所以，改變磁極對數(shù)的數(shù)值并不適用于調(diào)節(jié)電機(jī)的速度，為了自由的控制電機(jī)的速度，電機(jī)的磁極對數(shù)可以在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再進(jìn)行供電，由于僅改變頻率，電機(jī)易被燒壞，所以，還需改變電機(jī)的電壓。變頻器能在改變電機(jī)頻率的同時改變電機(jī)的電壓，通過改變輸出電源的頻率和輸出的電壓來調(diào)節(jié)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，有效的防止電機(jī)燒壞事故的發(fā)生。

2 變頻器的控制對策

2.1 進(jìn)行SPWM控制

SPWM是通過改變輸出方波的占空比來改變等效的輸出電壓，有能力對整個系統(tǒng)進(jìn)行檢測、保護(hù)和控制。SPWM控制作為一種全新的控制策略，是在雙DSP控制的的全數(shù)字化交流系統(tǒng)的運(yùn)行上發(fā)展起來的，廣泛地用于電動機(jī)調(diào)速和閥門控制。對變頻器進(jìn)行SPWM控制，能夠優(yōu)化變頻器的使用方案，對降低變頻器諧波對電機(jī)的影響、減小共模電壓頻率、降低變頻器的運(yùn)行成本、提高運(yùn)行效率、保障電機(jī)運(yùn)行的安全可靠具有至關(guān)重要的作用，基于SPWM控制的變頻器具有電路簡單、功能齊全、高可靠性、高性能價格比等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 進(jìn)行V/F控制

變頻器的V/F控制即頻壓控制，是通過調(diào)整變頻器輸出側(cè)的電壓頻率比，來改變電機(jī)在調(diào)速過程中機(jī)械特性的控制方式。異步電機(jī)在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的情況下，降低頻率使電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，將導(dǎo)致輸出功率下降，而由于電機(jī)的輸入功率與頻率之間并沒有直接的聯(lián)系，所以，頻率下降將會導(dǎo)致輸入功率與輸出功率之間的失衡，這樣就會使電磁功率大幅度增加，電機(jī)的磁路嚴(yán)重飽和，勵磁電流的波形嚴(yán)重畸變，將產(chǎn)生很大的尖峰電流。因此，變頻器在降低頻率的同時要相應(yīng)的將輸出電壓也降低。為了保證變頻器在低頻運(yùn)行的同時降低輸出電壓，保證電機(jī)能輸出足夠的轉(zhuǎn)矩拖動負(fù)載，要根據(jù)不同的負(fù)載特性適當(dāng)?shù)恼{(diào)整V/F比，得到需要的電機(jī)機(jī)械性能。V/F控制簡單，通用性好，不過由于調(diào)速精度比較低，調(diào)速范圍小，所以，一般將這種控制對策應(yīng)用于對調(diào)速精度和動態(tài)響應(yīng)要求不高的場合。

2.3 進(jìn)行矢量控制

矢量控制變頻器主要是通過測量和控制異步電機(jī)定子電流矢量，模仿直流電機(jī)的控制方法，求得直流電機(jī)的控制量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電機(jī)的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。這種控制方法具有精度高、低轉(zhuǎn)速輸出轉(zhuǎn)矩大的優(yōu)點(diǎn)，矢量控制方法的提出具有劃時代的意義，主要適用于要求快速響應(yīng)或?qū)ζ饎印⒅苿佑袊?yán)格要求的場合。

3 變頻器的應(yīng)用

3.1 選擇變頻器的應(yīng)遵循的原則

通常，一臺變頻器能夠控制多臺電機(jī)，這就要確定多臺電機(jī)是分期工作還是同時工作，變頻器電流量的選擇必須能夠負(fù)載多臺電機(jī)的同時運(yùn)行，這樣才能夠保證變頻器的工作效率;選擇變頻器的時候，其輸出功率和電流不應(yīng)小于被驅(qū)動異步電機(jī)的功率和電流;變頻器的選擇還要根據(jù)被驅(qū)動電機(jī)的具體用途和型號進(jìn)行選擇。

3.2 變頻器的維護(hù)

首先，要加強(qiáng)日常檢查，從變頻器外部條件的變化情況來檢查其運(yùn)行狀況，檢查內(nèi)容包括：變頻器的安裝環(huán)境是否有異常現(xiàn)象;電源電壓是否符合變頻器的工作電壓;變頻器和電機(jī)工作的時候是否有震動、噪音的異常現(xiàn)象;注意變頻器和電機(jī)的工作時間，檢查其工作時間是否過長，在運(yùn)行過程中是否有過熱、元件變色的現(xiàn)象，冷卻系統(tǒng)是否正常。其次，要進(jìn)行定期維護(hù)，無論是什么機(jī)械設(shè)備，工作時間過長、工作環(huán)境不良等因素都會引起設(shè)備及元件的老化、磨損等，變頻器在使用過程中必然也會出現(xiàn)元件磨損、老化和異常故障的發(fā)生，所以，加強(qiáng)對變頻器的定期保養(yǎng)和維護(hù)，以便及時發(fā)現(xiàn)老化元件和異常故障，并及時進(jìn)行對老化、磨損元件的更換和異常故障的維修。

需要注意的是，變頻器的養(yǎng)護(hù)和維修要在變頻器停機(jī)和所有電源都切斷后才能進(jìn)行，不應(yīng)在變頻器的工作過程中檢查電路信號，避免不必要的事故發(fā)生;如果變頻器發(fā)生故障但是顯示的卻是無故障的時候，不要輕易通電，應(yīng)確保故障并查找故障原因;不應(yīng)隨意改變變頻器的初始設(shè)定值。

3.3 變頻器應(yīng)用時應(yīng)注意的問題

(1)電磁干擾

在電焊機(jī)、電解電源等高頻沖擊負(fù)載的場合，電網(wǎng)的諧波非常大，變頻器在運(yùn)行的時候，也會在輸入或輸出回路產(chǎn)生電流諧波，這些諧波將會對比如微機(jī)、PLC的電子元件產(chǎn)生一定的干擾，電網(wǎng)的質(zhì)量也會受到一定的污染。如果干擾問題不處理好，微機(jī)系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)的工作就得不到保障，對變頻器本身也具有很大的破壞力，因此，必須注意電磁干擾問題，并要采取有效的措施，比如，變頻器和其他元件接地要可靠，接地線應(yīng)在保證變頻器和元件正常運(yùn)行的情況下盡量縮短;控制信號要使用屏蔽電纜，信號電纜和交流電源線不應(yīng)平行拉接，變頻器到電機(jī)的電纜屏蔽接地要盡量縮短。

(2)運(yùn)行環(huán)境

很多工業(yè)生產(chǎn)在使用變頻器的時候并沒有將變頻器安裝在專用機(jī)房，而是直接安裝于工作現(xiàn)場。工業(yè)生產(chǎn)的工作現(xiàn)場大多灰塵大，溫度高;不同的行業(yè)，工作現(xiàn)場的環(huán)境條件也是不一樣的，比如印染行業(yè)有粉塵、腐蝕性氣體，線纜行業(yè)有金屬粉塵，所以，變頻器的安裝必須針對不同的工作環(huán)境做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整;由于變頻器在運(yùn)行的時候，最高允許運(yùn)行溫度在50℃，運(yùn)行環(huán)境的溫度越高，變頻器越容易出現(xiàn)問題，所以，安裝變頻器的時候要考慮散熱問題，變頻器最好直立安裝，并要留有一定的散熱空間。

4 結(jié)語

總之，變頻器在工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中都能被應(yīng)用，變頻器的應(yīng)用能有效的降低耗能，節(jié)約成本，提高工作效率，提高電機(jī)使用的安全性、可靠性和高效性，對提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品質(zhì)量有著深遠(yuǎn)的意義。為了貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀和節(jié)能減排的目標(biāo)，適應(yīng)低碳時代的發(fā)展要求，必須對變頻器采取有效的控制措施，嚴(yán)格變頻器的應(yīng)用過程，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益多收的目的奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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