變頻器在電機拖動及其控制中的應用

王雪

摘 要：電力需求的日益增長給我國電力生產及供應帶來了新挑戰，發電的效率和數量也要隨之不斷增加，因此對電力電器設備和技術也有新的更高要求。電子自動化技術及其控制領域的發展促使各種新型的電力電氣原件和處理器的更新換代，使變頻器在電機拖動中的應用也變得更加廣泛。文章主要分析了電機拖動及其控制中的變頻器的實際應用，期望可以給相關的人員提供一定的參考。

關鍵詞：變頻器;變頻調速技術;電機拖動及控制

0 引言

在新時代背景下，電子自動化技術及其控制領域的發展促使各種新型的電力電氣原件和處理器的更新換代，使變頻器在電機拖動中的應用也變得更加廣泛。同時，在電力行業中，變頻器的需求也在日益增加。變頻器主要是基于電力半導體器件的通斷作用，將工頻電源變成另一頻率的電能控制裝置[1]。通過變頻技術和微電子技術的應用，將電機工作電源頻率方式進行改變，然后對電動機的電力控制設備進行控制。變頻調速技術的目的是為了通過對電動機工作電源頻率的改變進而將電機轉速改變有效實現。經過各種實踐證明，在電機拖動及其控制中變頻器可以得到良好應用，變頻調速技術在電機拖動中的應用優勢及價值非常高，同時在電力系統的完全運行方面同樣有非常重要的應用意義。

1 變頻器的作用及工作原理

1.1 變頻器的作用

變頻器能進行各種頻率交感電源的完美轉換，進而使得變速電機的正常運行得到保障。變頻器的作用主要有兩個方面：（1）直接作用主要是進行調節電機的電壓及頻率，使電機的速度基于一定范圍內的無限調節得以實現。（2）間接的作用主要是節能節電，促進生產的自動化水平得到提升[2]。節能節電主要體現在變頻調速的應用上，對于泵類和風機等設備流量的傳入傳出做出適當調節，其一電機的多種基本要求實現了，其二電耗降低實現了。變頻器的工作原理主要是基于主電路對各個次級電路將調頻調壓后的電機提供出來。主路電路包括電流型變頻器和電壓型變頻器兩種。電流型主要是讓電流源直流轉變為交流的變頻器，而電壓型主要是讓電壓源的直流交換可以轉變為交流的變頻器。

1.2 變頻器的組成及工作原理

變頻器的組成主要分為三部分，即整流器、平波回路及逆變器。整流器主要是把工作頻率變成了直流電源;直流電壓在變流器和逆變器中產生的電壓波動就叫作平波回路;逆變器與整流器剛好相反，逆變器主要是將直流功率變為了所要求頻率的交流功率。

2 變頻器在交流電機拖動和控制領域中的主要功能

當前，我國交流電機拖動及其控制中，變頻器根據各種應用情況，整體狀況會存在各種不同。比如以主電路的工作狀況來說，其有兩種，即電流型變頻器和電壓型變頻器;以開關方式而言有三種，即高載頻PWM控制變頻器、PWM控制變頻器、PAM控制變頻器;如果以工作原理來分類，則又包括轉差頻率控制變頻器和V/f控制變頻器以及矢量控制變頻器等。上述提到的各種狀況，可以說其變頻器在實際應用中最主要的方式就是基于變頻調速和變頻節能、功率因數補償節能和軟動起動能等。另外，變頻器最為主要的應用功能就是節能與變頻調速，或者說這兩個應用功能也是最具代表性的，主要是因為這兩個功能讓變頻器將交流電動機中的電源頻率以及幅值有效改變。根據國內當前所具備的變頻器技術，不僅可以轉變交流電動機，還具有變頻節能的作用，這也進一步說明變頻器對整個交流電機拖動有著至關重要的作用。其他相關功能也正隨著變頻器技術的不斷發展而變化。

3 變頻器在電機拖動和控制領域中的應用

電機在全壓或是減壓的情況下啟動，所產生的電流相比額定電流其超出會過大，這會使得電力設備在受到一定的損害的同時功率耗損也會更大。當電壓出現波動，其整個電器系統相關聯的效率設備運行也會嚴重受到影響，進而整個電力系統也會變的不穩定[3]。工作人員為了控制以上情況的發生，擴大變壓器的容量，雖然可以保證電壓的穩定，但是也出現了浪費的情況。

另外，如果電機在全壓下啟動，那么超大的電流也會使電機本身受到非常嚴重的損害，使其老化的速度過快進而縮短使用壽命[4]。但利用變頻器對電流進行有效控制，電機啟動時，通過變頻器中軟啟動功能的應用可以使電流保持在額定值的范圍。同時，變頻器的加速時間可使電流的上升速度得到有效控制，并可降低啟動過程中功率的損耗，因而具備了非常明顯的節能效果，有效規避了浪費的情況。就通用變頻器來說，由于存在使用對象不確定性，對于電機定子和轉子等相關參數的預知就很難確定，也使得磁通觀測器及速度觀察器的模型較難建立起來，進而給以上兩種設備的實際準確性帶來一定的缺陷。基于此，工作人員優化升級了變頻器，現階段電氣系統中所應用的變頻器普遍都具備了自動調整功能，部分參數可自動進行相關測試[5]。自動調整功能在完善中逐步得到細化，設計的種類也隨之越來越多，進而使電機設備多種部件的自動測試與設定都得以實現。長線調整法不僅可對電機的樞紐連接線進行設置，還能測試設定定子電阻。停止型調整主要是電機基于靜態勵磁狀態下對實際的電流電壓數據的分析，然后將相關的參數計算出來。旋轉型調整主要根據電機在不同的轉速運行下其電流電壓參數的產生情況，并且控制其動態的變化規律，進而使得對象參數的準確度更加精確。

選擇變頻器的類型需要將電機拖動工作的實際需要結合起來。在選型之前要根據實際的運行情況，判斷變頻器的應用能否將多臺電機隨時啟動和停止有效實現[6]。

如果不要求電機隨時啟動，可注重變頻器容量的選型放大[7]。如果要求電機能隨時啟動和停止，就需要計算電機在隨時啟動及停止狀態下的額度功率之和，變頻器功率選型就是計算的所得結果。

經過不斷地開發研究，變頻器的調速范圍逐步擴大，同時電機各方面也取得了更加優質的完善，進而在電機拖動中將其優勢充分發揮出來[8]。電機拖動工作的效率得到了明顯提高，施工人員只需控制電壓的輸出頻率以及電壓的調節就可以讓變頻調速技術的應用有效實現。

電機拖動及其控制領域中變頻器的應用使電流得到了有效的支撐，但其在使用過程中技術非常復雜，同時控制的方式也是多種多樣，這也說明其使用中各種問題以及誤區也非常多[9]。就比如變頻器能將電力的節省有效實現是錯誤的，其能量轉化的實現是需要基于能量守恒定律的基礎上，由于能量本身的隨意出現及消失是不存在的，變頻器也不能全部做到對于各方面的不限制應用，因為它本身是有一定的運用范圍的。

4 結語

綜上所述，變頻器良好的調速性能給電力維護提供了優質服務，同時顯著的節能效果使電力系統可持續發展的要求得到了滿足，在電力行業中也得了超高的認可度。工作人員需從此方面研究著手，基于微控制器相關理論，促進變頻器相關技術能夠得到更加良好的持續發展。

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（編輯 姚 鑫）