變頻器對變頻電機的驅動控制

張守朋

摘 要：變頻驅動技術是變頻電機裝置中較為重要的一種技術類型，本文主要從變頻驅動技術的系統結構以及工作結構入手，對其在電機控制中的應用情況進行了全面分析，并對相關問題進行了系統的分析和解決。

關鍵詞：變頻器；變頻電機；驅動控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.132

隨著電子技術的不斷發展，科學技術水平的不斷提升，工業控制中的控制技術以及交流傳動技術也越來越重要。就當前各類技術分析來看，電氣傳動技術也面臨著非常嚴峻的改革機會，直流調速逐漸被交流調速所替代，傳統模擬技術也逐漸被計算機數字技術所取代。交流變頻驅動控制技術在實際應用中具有較大的優勢，較為顯著的主要有安全可靠、設計簡單、節能降耗、操作便捷等，且能夠有效避免變頻器輸出共模電壓中的低頻分量。

1 變頻電機調速系統

變頻電機調速系統主要包含四個部分，分別是整流電路、濾波電路、制動電路以及逆變電路，該電路的輸出波形為脈沖方波，其中的主要波形成分為高次諧波，電路中電壓發生變化是頻率也會按照一定比例進行變化，二者均不可單獨進行調整，可見，該電路在實際應用中達不到供電電源的使用要求。

（1）整流電路。整流電路主要通過三相不可控橋式整流電路進行操作，通過該系統結構將三相交流電傳遞轉換為直流電，進行下一步的電力供應。

（2）濾波電路。整流電路中轉化完成的電流中高次諧波的含量比較高，濾波電路主要是對該電流進行進一步的處理，除此之外，還能夠消除逆變電路與整流電路之間的耦合問題，避免電路中出現干擾情況，實現電路中功率因數的意義。當電路接入到電源時，電容兩端的電壓均為0，導致通電時濾波器電容充電是過大的電流很容易對整流橋中的二極管造成破壞，需要通過電阻的作用避免這一情況的發生，待電流中電流恢復穩定后可將電阻進行短路處理。

（3）制動電路。制動電路的作用主要是消除電路中的反饋能量，該部分能量主要產生于電機減速過程中轉子速度過高甚至超過電機速度，導致過量的動能增加直流母線濾波電容兩端的電壓，如未能及時進行消除會對變頻器造成嚴重的損害和影響，制動電路的設置能夠全面處理抵消此部分能量。

（4）逆變電路。逆變電路的主要構成是逆變管，能夠將原有三相橋式整流電路轉換后的直流電進行逆變處理，處理后電路中的幅值和頻率都可以進行調整。逆變電路系統在實際應用中主要通過兩種方式進行控制，分別為閉環反饋控制和開環反饋控制兩種。開環反饋控制在實際應用中主要是為變頻器設定一個頻率信號，依次來控制變頻器的循環的工作，實現對電機的控制[1]。電機在實際工作過程中通過功率控制轉速，該轉速與給定的轉速之間會出現一定的差別，且該誤差無法避免，因此，在精度要求較高的電機場所中此控制方式并不適用。閉環反饋控制在是傳統開環反饋控制的基礎上進行的進一步調整，其調整方式主要是增加了反饋緩解，在應用通過對實際應用的環境可對誤差進行調整，以達到預期的輸出效果。大部分閉環反饋控制在實際應用中都會安裝一個轉速傳感器，該傳感器的安裝能夠將預測的轉速信號進行反饋，并與預期參考值進行對比，根據對比結果進行進一步的調整，降低轉速之間的偏差，實現電機的正常運行。

2 電機變頻器控制技術

（1）電壓矢量控制。電壓矢量控制在實際電路控制中主要作用于異步電機單相坐標系，對該電路中的膽子電流進行處理，處理方式主要是直角坐標變換，通過對直流電機控制方法進行模仿，以達到直流電機控制量，但是，由于電機參數會對系統性能造成一定的影響，導致其對矢量旋轉造成一定的影響，不利于整體效果的控制。

（2）直接轉矩控制。直接轉矩控制技術提出于1985年，該技術的提出和發展對于矢量控制中的漏洞有非常重要的平衡作用，且該技術的動靜態特性較高，且結構較為簡單。隨著相關技術研究的不斷完善，其在實際應用中的應用面以及應用效果也在不斷提升，其在大功率電機車牽引交流傳動中的應用無需對交流電機進行處理，變換方式更加簡單，應用面更廣[2]。

3 電機變頻驅動技術的問題及處理方案

變頻驅動技術在實際應用過程中主要使用普通的異步電機對導數變頻電機進行替代，但是大部分異步電機在實際設計過程中主要通過恒定頻率以及恒定電壓的公共電力網絡中獲取資源電能，該電能獲取方式會導致變頻電機與多設計的變頻驅動電路出現不適配情況，該不適配情況的出現會導致系統在實際運行中出現脈動轉矩，增加對電機的消耗和磨損，且會產生大量的噪聲[3]。

造成以上各類問題的因素主要有以下幾點：①變頻器的結構技術主要為脈寬調制技術，其在實際輸出電壓運行過程中會產生大量的高次諧波電流，該類電流的存在會對電機的正常運行造成一定的影響，導致電機運行出現故障等不良情況。②傳統異步電機的超速性能較弱，會對變頻器的調速范圍造成一定的影響。③傳統異步電機中的電機與排風扇處于同軸的情況，因此，該電機的散熱效果與電機的轉速有一定的關系，如電機的運行速度比較低，電機的散熱效果也會有所下降，電機溫度的升高則會對電機的恒運轉造成一定的影響，不利于電機中額定電能的輸出和傳遞。④變頻器輸出電壓中過量的高次諧波會增加對于電機的損耗，加快電機的老化影響電機的正常運行。

就以上各項類電機變頻驅動技術問題分析可見，影響該技術運行的原因有很多中，產生的問題也是多種多樣的，需要根據實際的問題選擇相適合的解決措施，綜合分析來看，解決措施主要有兩個方向[4]。首先，需要改善驅動的電源，通過對驅動電源的改善，對逆變器的電流波形和電壓波形進行調整，降低該電流中的諧波含量，通過對諧波含量的控制提升電機運行的穩定性，可通過濾波器對諧波情況進行補償處理。其次，可以從逆變電機入手對變頻驅動技術進行完善，但是當前國內外對于逆變電機的研究均未完善，僅能夠對傳統異步電機起到一定額作用，仍需進行進一步的深入研究，已達到解決變頻驅動技術問題的效果。

4 結束語

綜上可知，電機驅動控制技術未來發展的主要方向為逆變電機，變頻器在其發展中的應用起著至關重要的作用，本文就相關技術提出了部分發展意見，以期為相關工作提供部分參考。

參考文獻：

[1]鄒德金.變頻器與電動機的效率問題[J].大陸橋視野，2016（24）：

70-71.

[2]王新剛.變頻器在電機拖動及其控制領域的應用[J].電子制作，

2016（18）：81.

[3]王琛，田浩，周雪楊.基于PLC和變頻器的多電機速度同步控制[J].電子技術與軟件工程，2016（10）：157.

[4]禹利華.ABB ACS800變頻器在低壓變頻電機和永磁風力發電機試驗臺上的應用[J].中國新技術新產品，2016（04）：15.