大功率變頻器的分段同步控制技術研究

劉輝 張永 侯東

摘要：分析表明，電氣控制系統中采用變頻技術能提高系統的整體性能，有效解決傳統控制系統中的一些問題。闡述在電機控制系統中，變頻器在主軸轉速控制應用中的應用。

關鍵詞：電氣控制系統;變頻器

1大功率變頻器的特點

通過齒輪的配比，實現機電設備的調速較為常見，但調速范圍較窄且較為復雜。在實際大型機電設備中，可以應用變頻器實現對電動機調速目的。高性能和高效率是電動機變頻器突出特點，主要在籠型異步電動機中使用。它具有變速范圍寬、轉矩大的特點，對電動機的調速，即便工作環境較為惡劣也可以實現，且節能效果明顯。恒功率調速和恒轉矩調速都是通過變頻器的范圍進行劃分的，頻率上實現了前者調速，通過額定頻率實現了后者的調速。從電動機負載考慮，將分為恒轉矩負載、恒功率兩類。

2變頻器工作原理

3大功率變頻器的分段同步控制技術

在控制柜內安裝變頻器，怎樣設計變頻控制系統，設計和制造變頻控制柜。在控制柜內部的中間部位最好安置變頻器;電氣工程師要對變頻器實際應用的具體要求進行明確和了解，并對其進行垂直安裝，并保證正上方和正下方安裝后不能阻擋排風和進風的大元件。變頻器上、下部邊緣距離控制柜頂部底，或者隔板，或者必須安裝的大元件等的最小間距離，高于 300 mm。特殊的用戶在進行使用時，需要將鍵盤取下， 在設計變頻控制系統前，需要清除明確系統配置， 并根據客戶需要，控制方式以及工作方式環境等對變頻器面板的監控用膠帶密封，或者用面板對其進行替換，避免大量的粉塵進入變頻器內，具體的系統分為新的設計系統或舊的設備改造系統。對于舊設備改造，應了解以下技術參數和要求。需要對變頻器進行定期維護，并對灰塵進行及時的清理干凈。

4變頻器分段同步控制建模仿真

SPWM主要有兩種調制方式，即同步和異步調制，其主要區別是SPWM中載波比是否恒定不變。干擾會在變頻器應用過程中出現。變頻器控制共兩種，即控制回路、主回路，并在其工作的過程中有諧波干擾源出現，在一定程度上會影響到電源和輸出設備。而接地不良、接觸不良、靜電感應、靜電耦合是變頻器的四種干擾類型，對電纜距離進行加大在一定程度上能有效解決靜電耦合干擾，為了降低感應干擾，使問題得以有效解決，對主回路線纜、控制線纜及其他動力電纜進行分離敷設，而接線問題的出現容易發生接觸不良和接地干擾，最佳的方式就是對其進行排查。數控機床中的關鍵性組成部分即為數控機床主軸，它被用來安裝刀具或工件并驅動它們旋轉，機械加工精度會直接受到旋轉精度的影響，而生產效率、零件表面粗糙度會直接受到轉速大小的影響。對于數控機床而言，其主軸控制的方式為模擬量控制、串行伺服控制兩種。模擬量控制為主軸的速度信號是模擬量的形式，并可以持續化，通常使用變頻器來對模擬量控制的主軸驅動裝置進行控制。如變頻器面板通電了也無顯示數據。故障現象：機床接電后，主軸不轉，顯示板沒有顯示。診斷分析：（1）要詳細檢查伺服驅動單元與主軸之間的線路、數控機床的裝置，如果無問題。（2）檢測變頻器和輸入電源。（3）如果檢測電源無問題，即可確定故障來源于變頻器。診斷方法解析。對于變頻器而言，則需要對內部的整流模塊進行詳細檢查，看其有沒有發生損壞，斷電狀況下，使用萬用表進行電阻法測量，其主要測量對象為變頻器的直流端、三相輸入、輸出端電阻，如果測量中阻值是 7，證明內部整流模塊無問題，接著檢查變頻器，看見整流的二極管有擊穿現象，這是導致電源無法輸入，顯示板無數據的原因。

排除法。想要保證數控機床工作正常，最好的方式是重新換一個新的二極管。

5矢量控制模塊

該控制模塊采用一個磁鏈閉環、兩個定子電流調節閉環，將電流的控制轉換成對電壓的控制。其中各環節的數學模型如圖2所示。

主從之間的可控關系輸入信號（RUN，Speed_Set，Trq_Set）由“數字輸入端子”（digitalinputterminals）接入。這樣，就可以容易地實現其他控制信號（Sync_Ctrl_Bypass，Trq_Ctrl_Option_Bypass）與輸入信號（RUN，Speed_Set，Trq_Set）共同對電機進行控制。主站向從站發送控制位（RUN，FAULT_RESET等）以及轉矩、速度的設定值。在控制位“RUN”的作用下，從站開始運行并跟蹤轉矩、速度的設定值（設定值通過RS-422同步通信總線，由主站發送至從站）。從站的啟/停反饋信號（RUN/STOP），由從站的“二進制輸出端子”（DO1）發送到主站的“二進制輸入端子”（DI5），主站則通過總線監視從站的RUN/STOP狀態信號。

圖中控制信號為0時電機牽引運行，為1時制動運行。PI調節器的Kp設得較大，限幅為開始的恒轉矩1500N·m，它除了限定電機啟始運行段的給定轉矩，還起到限速的作用，speed*就是牽引運行過程中限定的最大速度。

結論

仿真結果表明，控制系統轉矩和轉速的動態響應迅速，靜態性能良好，磁鏈幅值基本能夠保持恒定，驗證了系統的可靠性。但是分段同步控制技術也存在不足之處，如穩態運行時轉矩脈動較大，存在諧波干擾等，需要進一步探討研究。

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