電氣控制系統中變頻器的研究探討

王 雋，郭敏杰

（沈陽機床股份有限公司電裝分公司 遼寧 沈陽 110142）

1 變頻器的特點

普通機床的調速是通過齒輪的配比進行的，這種比較常見且繁瑣，同時調速范圍不是很大，現在機床可以通過變頻器（如圖1）調整電動機的速度進行調速。

圖1 變頻器建模圖

電動機變頻器是一個高效率、高性能的元件，主要是應用在機床籠型異步電動機上，它的特點就是變速范圍廣，轉矩比較大，在一些比較惡劣的工作環境下，對電動機也可以實現調速，同時還可以節能。

變頻器按照調速范圍可以分為恒轉矩調速和恒功率調速，前者調速是在額定頻率下進行的，后者是在頻率上調速，按照電動機的負載進行分類，分為恒轉矩負載、恒功率負載。

2 變頻器工作原理

電動機的速度計算公式如下：

式中：n—電動機轉速；

P—電動機磁極對數；

f—電源頻率；

s—電動機轉差率。

通過上邊的公式可以發現電動機的轉速是與電動機磁極對數和頻率有關，而電動機的結構上，磁極對數不是一個連續遞增的數值，所以通過改變電動機的磁極對數進行調速，速度改變不會明確，所以更好的辦法就是改變電源頻率，而在工業用電中頻率又是恒定的，所以變頻器就是通過改變電源的頻率來改變電動機的轉速。

變頻器的工作原理是通過內部電力半導體進行電源頻率的改變，主要的過程是通過整流器（如圖2）把交流電源變換成直流，然后在將這個直流轉換成為頻率可以控制的交流電源，而變頻器的電路組成主要有4個部分，分為整流、中間直流環節、逆變、控制，圖3就是一種調速系統圖。

圖2 變頻器整流電路與電流波形圖

圖3 轉差頻率控制調速閉環變頻調速系統圖

3 變頻器的應用

變頻器在應用的時候會出現干擾，變頻器控制回路分為主回路和控制回路，變頻器的工作中就會產生諧波干擾源，會對電源和輸出的設備產生影響，而變頻器的干擾類型可以分為靜電耦合、靜電感應、接觸不良、接地4中干擾，靜電耦合干擾解決措施是加大電纜距離，感應干擾措施是將控制線纜與主回路線纜或其他動力電纜分離鋪設，接觸不良和接地干擾，這兩種主要是接線的問題，措施就是排查。

變頻器在應用中可能會出現一些故障，主要如下：

（1）過流故障：變頻器在使用中變頻時候加速的時間太短，電動機的負載發生突然變化，分配不均勻，會造成過流故障，這種情況下會損壞變頻器，所以在調速時候時間要延長，外加能耗制動元件；

（2）過載故障、這種故障主要是電動機的載荷過大，長時間負載工作，這種情況是電動機和變頻器使用不對，需要更換大功率電動機和相應的變頻器；

（3）啟動困難、這種情況是電動機驅動的設備轉動慣量過大，這種情況可以提高啟動轉矩；

（4）溫升、噪聲，原因是變頻載波頻率值與電動機及其負載形成共振引起的。

4 結語

電氣工程不斷的發展，電子技術與電氣的結合，對機床實現全方面控制，電動機的調速裝置變頻器在該領域應用非常廣，電氣工作者要知道變頻器的使用、維修和保養，設計者只有充分考慮變頻器的特點，才能發揮點變頻器在控制系統中的作用，變頻器應用之后需要正確的參數設置，使用要規范，才能減少后期的維修頻率和改造。

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