變頻器在電機(jī)拖動(dòng)及其控制領(lǐng)域的應(yīng)用

王睿

【摘要】 隨著新型大功率電力電子器件的出現(xiàn)、運(yùn)動(dòng)控制理論的發(fā)展、微控制器技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)生了各種通用的高性能交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)，多種交流變頻調(diào)速技術(shù)日趨成熟，變頻器的控制精度和動(dòng)態(tài)性能大大提高，得到廣泛的應(yīng)用。本文將對(duì)變頻器在交流電機(jī)拖動(dòng)及其控制領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】 變頻器 電機(jī) 拖動(dòng) 控制

變頻器是將交流工頻電源轉(zhuǎn)換成電壓、頻率均可變的交流電源以適合交流電機(jī)調(diào)速的電力電子變換裝置。交流變頻調(diào)速技術(shù)在其發(fā)展的幾十年里，技術(shù)不斷創(chuàng)新，性能不斷完善，逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中廣泛使用。現(xiàn)在變頻理論已經(jīng)相當(dāng)成熟，隨著新的電力電子器件的產(chǎn)生，出現(xiàn)了新的變頻技術(shù)。

一、變頻器的分類(lèi)

變頻器的分類(lèi)有很多種：

按照主電路工作方式分類(lèi)，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；

按照開(kāi)關(guān)方式分類(lèi)，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；

按照工作原理分類(lèi)，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等。

二、變頻器的基本功能

2.1變頻調(diào)速

變頻器改變交流電動(dòng)機(jī)電源的頻率和幅值，改變交流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的周期，達(dá)到平滑控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。其可控加速功能可以在零速起動(dòng)，并按照用戶(hù)的需要選擇不同的加速曲線(xiàn)進(jìn)行均勻加速。

2.2變頻節(jié)能

變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用上。各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，為了保證安全可靠生產(chǎn)會(huì)預(yù)留出富余量，但是如果電機(jī)不是滿(mǎn)負(fù)荷工作狀態(tài)，那么這些預(yù)留量就會(huì)增加有功功率的消耗，造成不必要的浪費(fèi)。而使用變頻器變頻調(diào)速，通過(guò)降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿(mǎn)足需求。

2.3功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能

由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，補(bǔ)償無(wú)功損耗，增加電網(wǎng)輸出的有功功率。

2.4軟起動(dòng)功能

異步電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，對(duì)電網(wǎng)容量要求較高，起動(dòng)電流對(duì)設(shè)備、線(xiàn)路沖擊，導(dǎo)致使用壽命減少。而軟起動(dòng)功能，可以通過(guò)限制電流的方式來(lái)減輕對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)還可以擴(kuò)充供電容量，從而達(dá)到了延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的目的。

2.5其他功能

如過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)及瞬時(shí)停電保護(hù)等功能。

三、變頻器在交流電機(jī)拖動(dòng)及其控制領(lǐng)域的應(yīng)用

電機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)或減壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流遠(yuǎn)超額定額定電流，這種情況不但會(huì)增大電機(jī)自己的銅損，還會(huì)使功率損耗增大，造成電壓的波動(dòng)，從而沖擊機(jī)電設(shè)備和電網(wǎng)，甚至影響到線(xiàn)路中其他設(shè)備的正常工作。為了防止這種情況的發(fā)生，供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不得不加大變壓器的容量，而這在電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)又造成浪費(fèi)。

此外，電機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)造成的大啟動(dòng)電流還會(huì)加速電機(jī)絕緣老化而縮短電機(jī)壽命。但是我們采用變頻器后，利用軟啟動(dòng)功能可以保障啟動(dòng)電流從零開(kāi)始然后上升至額定值，這個(gè)過(guò)程的速度由變頻器的加速時(shí)間來(lái)決定，這樣就大大減小了啟動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的功率損耗，避免了浪費(fèi)。

建立準(zhǔn)確的磁通觀測(cè)器與速度觀察器需要有精確的模型，為此需要預(yù)知電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子的電阻、電感、鐵心飽和系數(shù)等諸多參數(shù)，這對(duì)于對(duì)象不確定的通用變頻器來(lái)說(shuō)是十分困難甚至是不可能的。為了應(yīng)對(duì)這樣的狀況，當(dāng)代變頻器一般都具有“自動(dòng)調(diào)整”功能，可以自動(dòng)完成部分參數(shù)測(cè)試與設(shè)定。自動(dòng)調(diào)整功能包括長(zhǎng)線(xiàn)調(diào)整、停止型調(diào)整、空載旋轉(zhuǎn)型調(diào)整與帶負(fù)載在線(xiàn)自動(dòng)調(diào)整多種。長(zhǎng)線(xiàn)調(diào)整用于電樞連接線(xiàn)與定子的電阻測(cè)試與設(shè)定。停止型調(diào)整可通過(guò)對(duì)電機(jī)在靜態(tài)勵(lì)磁情況下的電壓/電流等的分析與計(jì)算，獲得電阻、電感等基本參數(shù)。

旋轉(zhuǎn)型調(diào)整則可以通過(guò)不同轉(zhuǎn)速下的運(yùn)行，根據(jù)電壓/電流等參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，獲得更為準(zhǔn)確的對(duì)象參數(shù)；而在線(xiàn)自動(dòng)調(diào)整功能還可以完成包括負(fù)載慣量在內(nèi)的更多參數(shù)的測(cè)試與設(shè)定，使得模型更為準(zhǔn)確。

四、結(jié)論

現(xiàn)今變頻器以其卓越的調(diào)速性能和顯著的節(jié)能效果已得到人們的認(rèn)可，期望以后能夠更好的利用變頻器的特性并得到了快速發(fā)展和推廣應(yīng)用。

參 考 文 獻(xiàn)

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