變頻技術在機械加工設備中的發展

金曦冬

中車大連機車車輛有限公司 遼寧 大連 116021

變頻技術和電子技術共同應用組合成為變頻器是，通過改變電動機的電源頻率有效的控制交流電機旋轉速度。變頻器主要部分分為整流裝置、逆變裝置、控制單元、檢測單元、驅動單元、微處理單元等部分。變頻器主要工作原理是由控制單元控制IGBT(可控硅元件)的通斷來調整輸出頻率的變化，達到對控制電源的要求，其技術在各個領域中都有廣泛的應用。

本文主要對變頻器在機械加工設備中的發展和應用做一些論述。

一、變頻器概述

1、變頻器。變頻器的工作原理是，將交流工頻電源整流成直流電，對直流電路進行濾波，將直流電逆變成幅度和頻率可調的交流電。從而實現將工頻交流電源變換成各種頻率的交流電源，實現對電機的調速控制的設備。簡稱VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)。

2、變頻器的結構和工作原理。變頻器根據主回路電路結構的不同，可以分為交―交變頻器和交―直―交變頻器兩種結構形式。

交―交變頻器又稱直接式變頻器，它將工頻交流電直接換成其他各種頻率、電壓的交流電。通過輪流控制正組整流器和反組整流器兩組整流器，使其交替處于逆變和整流的狀態，從而獲得所需的頻率、電壓和電流。由于其控制方式限制了輸出頻率最高只能達到電源頻率的一半，不能高速轉動同時造成很高的損耗。因此，只能應用在一些低轉速，環境條件惡劣的場所。

交―直―交變頻器，其主要構成部分由主電路和控制電路組成，主電路又包括整流部分、直流環節和逆變部分，如圖1

圖1 交―直―交變頻器結構

整流器的作用是把交流電整流成穩定的直流電。

逆變器采用六個可控硅開關器件組成三相橋式逆變電路是最常用的結構形式。按照一定規律接通和斷開控制開關器件，可以輸出任意頻率的交流電，如圖2

圖2 三相電壓型逆變器主電路

直流環節使逆變器中間直流環節和電動機之間就會有無功功率的交換。

控制電路任務是完成對逆變器的開關控制、對整流器完成各種保護功能等。

二、變頻器在機械加工設備中應用現狀

1、變頻器調速的應用。變頻器最初的研發目的在于民用的空調、壓縮機等以便于確保調速系統滿足電動機的工作需求。通過變頻器改變電機供電頻率，實現同步轉速的調速，從而大幅降低工作成本，同時不會損失機械性能。具有啟動、停止、換向平穩的效果；調速系數穩定；啟動能耗小；對電網不會產生電流沖擊的影響；因此特別適用于多種傳動機械設備。我國是一個能耗大國，雖然具有豐富的自然資源，但是對于能源的利用率卻相對較低，變頻器技術的發展在很大程度上關系到我國節能環保工作效率提高。變頻器的應用能夠大幅提高電機處于最節能的工作狀態。變頻機以其優異的節能性能廣泛應用于空調設備、電梯控制、供水系統、機械加工、地鐵高鐵等多個領域，不僅確保了運行精度，同時也降低了成本投入。

2、變頻器在機械加工設備中的應用現在。變頻器技術由于調控管理界面人性化，具備簡單易控的操作流程，受控裝置傳動平穩性高等特點，目前已應用到多種工業機械設備控領域。變頻器的出現在很大程度上提高了電機等電動機械的使用壽命，有效預防噪音污染、降低設備危險的同時，還能進一步提高電子機械的工藝水平及產品質量。在開環控制和閉環控制模式下，電機調速系統穩定性極高，具有平穩提速和安全換向的優勢；功率因數與轉速呈正比，大幅提升電機使用效率；內部配有微調控器，能夠實現一機多控目的；大幅提高電機安全性能。

三、變頻器未來的發展趨勢

1、向一體化控制方向發展。經過多年的不斷突破，近年來很多電器公司已經研制出了DIPIPM模塊，該模塊的研制成功代表控制電路已經達到了一體化和智能化的水平，高性能化的控制理念也被廣泛接受，進而提高了變頻技術在各個方面應用的可靠性和節能性。

2、向小型化、減磁噪方向發展。變頻器應用屬于電器控制系統中使用較高的交換功率設備，隨著變頻調節技術及變頻器集成化方式的不斷完善，變頻器向小型化方向發展的趨勢也逐漸顯示出來，變頻器逐漸形成體積小，結構緊湊，操作簡單且實用性較強。由此而可見，變頻器將向集成化的方向發展，提高變頻器運行性能的重要意義，提高變頻器的集成化程度和運行性能。

四、結束語

變頻調速技術的易控、節能、增效的一條有效途徑。這一技術正越來越廣泛的深入到機械制造、能源開采、運輸設備、民用電器的各個領域，采用變頻調速裝置將使企業獲得巨大的經濟利益，國民經濟可持續發展的需要。