通用變頻器調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)分析

摘 要：通用變頻器在工業(yè)中應(yīng)用廣泛，是交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)的重要組成部分。目前，變頻調(diào)速技術(shù)廣泛應(yīng)用在國(guó)民生活的各個(gè)領(lǐng)域，是一種理想的調(diào)速方式。在工業(yè)運(yùn)用中的變頻調(diào)速系統(tǒng)大多采用交流-直流-交流變頻器的模式，這種類(lèi)型的通用變頻器在工業(yè)運(yùn)用中有著良好的成效。此外，在通用變頻器的實(shí)際使用中，還要考慮使用環(huán)境對(duì)變頻器工作的影響，通過(guò)各類(lèi)變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)手段，以達(dá)到在實(shí)際使用中提高通用變頻器的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的目的。

關(guān)鍵字：通用變頻器；變頻調(diào)速技術(shù)；工業(yè)運(yùn)用；關(guān)鍵技術(shù)

1 前言

現(xiàn)代社會(huì)的技術(shù)水平日新月異，在日常生活、工業(yè)農(nóng)業(yè)、軍工國(guó)防、電力通信、能源冶金等諸多領(lǐng)域中，都需要依靠穩(wěn)定高效可靠地電氣傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)給生產(chǎn)生活提供動(dòng)力。目前交流調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)在市場(chǎng)中占據(jù)著重要地位，變頻器技術(shù)也在突飛猛進(jìn)的發(fā)展，由此通用變頻器應(yīng)運(yùn)而生，并在電網(wǎng)中的到了廣泛應(yīng)用。通用變頻器在保障電網(wǎng)安全有效的運(yùn)行及提高供電可靠性方面做出了巨大貢獻(xiàn)，在生產(chǎn)生活中有著重要作用。通用變頻器的性能取決于其有關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)及改良。必須全面、深入的了解通用變頻器調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中靈活、合理的運(yùn)用這些關(guān)鍵技術(shù)，才能更好地更有效的促進(jìn)通用變頻器調(diào)速系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展。

2 通用變頻器的結(jié)構(gòu)與原理

2.1 通用變頻器的結(jié)構(gòu)

通用變頻器在精度、效率、可調(diào)范圍上較之傳統(tǒng)的變頻調(diào)速器，均有著巨大的提升和改進(jìn)。通用變頻器主要有主電路、控制電路兩個(gè)部分構(gòu)成。其中控制電路的由下列幾部分構(gòu)成，分別是中央處理器（CPU）、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）、A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、I/O幾口電路、通信接口電路、輸出信號(hào)檢測(cè)電路、數(shù)字操作盤(pán)電路、和控制電源等。由于控制電路技術(shù)不斷的發(fā)展、更新，加之高性能微型處理器的廣泛應(yīng)用，使得通用變頻器技術(shù)得到飛躍式發(fā)展。得益于各種新型電子元器件的應(yīng)用，通用變頻器的性?xún)r(jià)比越來(lái)越高，性能越來(lái)越好，體積越來(lái)越小。

2.2 通用變頻器的原理

通用變頻器控制系統(tǒng)的重心是DSP系統(tǒng)，能夠適應(yīng)各種各樣不同的負(fù)荷條件。通用變頻器在實(shí)際工作中，通過(guò)改變變頻器的參數(shù)設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)各種不同的控制調(diào)節(jié)要求。通過(guò)連接操作鍵盤(pán)對(duì)通用變頻器進(jìn)行信號(hào)的輸入，通過(guò)霍爾元件使變頻器的可以對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行采樣，經(jīng)過(guò)DSP系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換、分析、運(yùn)算，來(lái)判斷工作狀態(tài)是否有異常發(fā)生。變頻器一旦發(fā)生異常，保護(hù)電路立即啟動(dòng)，通過(guò)切斷信號(hào)的輸入與變頻器的輸出的方式，使變頻器停止工作。

我國(guó)目前所廣泛應(yīng)用的通用變頻器多采用交流-直流-交流變頻器的模式。這種變頻器相比以往的變頻器有著巨大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。但在在快速運(yùn)行及頻繁運(yùn)行的工作系統(tǒng)例如要求電機(jī)采取四象限運(yùn)行的系統(tǒng)中，不適合使用通用變頻器調(diào)速系統(tǒng)。因?yàn)樵谒南笙捱\(yùn)行的系統(tǒng)中，存在很多不可逆電流，導(dǎo)致泵升電壓升高，進(jìn)而致使電機(jī)及元器件絕緣層破壞，對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅。

3 通用變頻器調(diào)速系統(tǒng)關(guān)鍵性技術(shù)分析

3.1 通用變頻器的死區(qū)補(bǔ)償技術(shù)

通用變頻器在使用過(guò)程中，存在著人為控制的死區(qū)時(shí)間及關(guān)斷死區(qū)時(shí)間兩種不同的死區(qū)時(shí)間。這些都會(huì)使指令電壓與實(shí)際輸出電壓間存在差異。為了抵消這種由死區(qū)時(shí)間造成的損失，避免死區(qū)時(shí)間對(duì)通用變頻器造成的干擾，通常采用補(bǔ)償方法進(jìn)行補(bǔ)償。目前在通用變頻器的死區(qū)補(bǔ)償上，主要應(yīng)用的是電壓反饋型補(bǔ)償方法。該方法采用一種封閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)兩種電壓之間的差異，對(duì)指令電壓進(jìn)行補(bǔ)償，達(dá)到形成新的指令電壓，消除死區(qū)時(shí)間的目的。該方法的操作難度極高，對(duì)實(shí)際操作的要求也較為苛刻。必須在保證很高的線路電壓檢測(cè)精度時(shí)，且時(shí)間不滯后的條件下，才能達(dá)到較好的補(bǔ)償效果。

3.2 滑差補(bǔ)償技術(shù)

對(duì)滑差的補(bǔ)償，在通用變頻器的低頻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有著尤為重要的作用。通用變頻器輸入電壓的頻率，決定了通用變頻器異步電機(jī)的滑差值，且滑差值的大小與輸入電壓頻率的大小成反比例關(guān)系。在對(duì)變頻器異步電機(jī)滑差值的補(bǔ)償方面，通常在計(jì)算轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上，采用減小電流或增大額定值的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)通用變阻器異步電機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償降速的作用。補(bǔ)償值的確定，取決于電機(jī)的具體參數(shù)和電流的大小，尤其是電機(jī)的運(yùn)行溫度，對(duì)但是，這類(lèi)補(bǔ)償技術(shù)并沒(méi)有在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛運(yùn)用，其主要原因是這類(lèi)補(bǔ)償技術(shù)缺乏穩(wěn)定性。目前，有一種新的滑差補(bǔ)償方法擁有較為先進(jìn)，該種技術(shù)基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的定向控制補(bǔ)償，擁有較高的穩(wěn)定性。

3.3 能量回饋技術(shù)

通用變頻器的兩側(cè)，可以用技術(shù)實(shí)現(xiàn)單元能量反饋。電機(jī)在電動(dòng)運(yùn)行時(shí)會(huì)自動(dòng)將逆變器的開(kāi)關(guān)管封鎖，而在發(fā)電運(yùn)行時(shí)，直流側(cè)的能量回饋使得直流母線的電壓不斷升高，直到直流母線的電壓超過(guò)電網(wǎng)電壓峰值，會(huì)產(chǎn)生反電壓作用，致使整流橋關(guān)斷。而當(dāng)直流母線電壓繼續(xù)升高，直到當(dāng)工作電壓超過(guò)了額定電壓正常范圍時(shí)，逆變器便開(kāi)始工作。此時(shí)逆變器將直流母線直流側(cè)的能量持續(xù)回饋到電網(wǎng)中，借此實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行能量回饋的最終目的。能量回饋技術(shù)有助于解決泵升電壓的問(wèn)題，使得通用變頻器可以在更寬的適用范圍內(nèi)應(yīng)用，大大擴(kuò)寬了通用變頻器的應(yīng)用廣度。

3.4 脈沖優(yōu)化管理

當(dāng)通用變頻器的信號(hào)脈沖與功率脈沖產(chǎn)生相互作用時(shí)，通用變頻器會(huì)自動(dòng)分析驅(qū)動(dòng)以及主電路中的脈沖序列和脈沖產(chǎn)生的瞬間現(xiàn)象，并同時(shí)分析變頻系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)換流的過(guò)程，將脈寬最小的單位進(jìn)行單獨(dú)管理，以交換電流思想為主要依據(jù)，決定脈沖管理的方案。通常所被廣泛采用的脈沖管理方案有最小脈寬調(diào)制、預(yù)勵(lì)磁技術(shù)等。脈沖優(yōu)化管理技術(shù)通過(guò)對(duì)比不同平率與不同電壓調(diào)制比，將電流區(qū)域按照不同類(lèi)型分為不同的環(huán)形區(qū)域。根據(jù)這些區(qū)域的脈寬調(diào)制狀況，通過(guò)各種技術(shù)手段，進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化，從而達(dá)到增長(zhǎng)脈寬影響作用時(shí)間的目的，實(shí)現(xiàn)脈寬影響的最小化。

在通用變頻器中存在單獨(dú)開(kāi)關(guān)器件工作時(shí)間過(guò)短導(dǎo)致的元器件承受直流母線電壓沖擊的現(xiàn)象。為了有效解決這種問(wèn)題，要將參數(shù)控制脈沖與離散型同步之間所產(chǎn)生的矛盾進(jìn)行針對(duì)性的處理。

4 結(jié)語(yǔ)

通用變頻器變頻系統(tǒng)尚處于發(fā)展之中，很多關(guān)鍵技術(shù)都有待完善和改進(jìn)。需要我們更加全面的去了解這些關(guān)鍵技術(shù)的作用原理，并合理、靈活的著用這些技術(shù)。根據(jù)實(shí)際中通用變頻器的工作環(huán)境與工作狀態(tài)，有選擇的采用各種不同的變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)通用變頻器進(jìn)行設(shè)計(jì)。加大通用變速器調(diào)速技術(shù)的科研投入，加快研發(fā)進(jìn)度，有助于提高供電質(zhì)量，滿(mǎn)足人們對(duì)更安全、更穩(wěn)定的電力系統(tǒng)的需求，促進(jìn)行業(yè)健康穩(wěn)定的發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介

董蘊(yùn)慧（1996-），女，山東煙臺(tái)市蓬萊市，山東科技大學(xué)本科在讀；研究方向：電氣工程。