于 菲

（陽(yáng)泉煤業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司發(fā)供電分公，山西 陽(yáng)泉 045000）

1 變頻器簡(jiǎn)介

變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)和微電子技術(shù)，利用電動(dòng)機(jī)工作電源的頻率改變實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)控制的電氣設(shè)備。變頻器主要構(gòu)成模塊有交流變直流模塊、濾波、直流變交流模塊、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元和微處理單元。變頻器利用內(nèi)部IGBT的斷開(kāi)和閉合來(lái)改變輸出電源的電壓與頻率，為電機(jī)提供實(shí)際工作需要的電源電壓，以此實(shí)現(xiàn)節(jié)能、電機(jī)調(diào)速的作用［1］。

2 變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)功能

變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)主要有以下幾個(gè)方面：過(guò)電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、缺相保護(hù)、反相保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、接地保護(hù)、短路保護(hù)、超頻保護(hù)和失速保護(hù)等。下面就這幾類保護(hù)方式進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

1）過(guò)壓保護(hù)。變頻器能夠在輸出電壓超過(guò)額定電壓110%時(shí)起保護(hù)停機(jī)作用，能有效防止電動(dòng)機(jī)故障。這就是變頻器的電壓檢測(cè)功能所發(fā)揮的作用。變頻器通過(guò)調(diào)整輸出電壓，防止電動(dòng)機(jī)超壓運(yùn)行，起到保護(hù)電動(dòng)機(jī)完好的作用。

2）欠壓保護(hù)。變頻器利用電壓自檢功能，對(duì)輸出電壓自動(dòng)調(diào)整，當(dāng)電機(jī)的實(shí)際工作電壓達(dá)不到額定電壓的90%時(shí)，電動(dòng)機(jī)將停止工作，從而有效防止電動(dòng)機(jī)損壞。

3）過(guò)流保護(hù)。變頻器利用電流檢測(cè)功能，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作電流大于額定值的1.5倍3s，或者大于額定電流的2倍10μs，電動(dòng)機(jī)停止工作，以防止電動(dòng)機(jī)燒毀。

4）缺相保護(hù)。變頻器能夠監(jiān)測(cè)輸出電壓，當(dāng)輸出電壓出現(xiàn)缺相故障時(shí)，變頻器發(fā)出警報(bào)，5min后（此時(shí)間可以由用戶在參數(shù)中設(shè)定）停機(jī)。

5）反相保護(hù)。變頻器只能讓電動(dòng)機(jī)朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，不能改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。只有當(dāng)電氣工作人員改變電動(dòng)機(jī)的電源相序時(shí)，才會(huì)使得電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向改變。

6）過(guò)載保護(hù)。變頻器能有效監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)工作電流，當(dāng)電機(jī)工作電流大于電動(dòng)機(jī)額定電流的1.2倍1min時(shí)（反時(shí)限特性），變頻器保護(hù)進(jìn)行停機(jī)。

7）接地保護(hù)。發(fā)生缺相（一相或兩相）接地時(shí)，變頻器會(huì)發(fā)出警報(bào)。這是由于變頻器帶有專門(mén)的接地保護(hù)電路，通常由接地保護(hù)互感器和繼電器構(gòu)成。

8）短路保護(hù)。當(dāng)變頻器輸出發(fā)生短路現(xiàn)象后，必然引起過(guò)電流，當(dāng)變頻器檢測(cè)到過(guò)電流后，在10μs內(nèi)變頻器保護(hù)停機(jī)。

9）超頻保護(hù)。變頻器可調(diào)頻率有一定的范圍，即：可調(diào)頻率有最小頻率值和最大頻率值。通過(guò)輸出頻率限制范圍實(shí)現(xiàn)超頻保護(hù)作用。

10）失速保護(hù)。失速保護(hù)相對(duì)于同步電動(dòng)機(jī)。因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)在加速過(guò)程中必然會(huì)發(fā)生失速過(guò)程，其表現(xiàn)為電流大，變頻器通過(guò)過(guò)電流和過(guò)載保護(hù)失速護(hù)功能。在減速過(guò)程中失速有可能表現(xiàn)為過(guò)電流和過(guò)電壓（直流母線），對(duì)于其他情況，可以在變頻器調(diào)試中設(shè)定安全減速時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。即使出現(xiàn)突發(fā)情況，發(fā)生直流母線過(guò)電壓，變頻器也能夠讓電動(dòng)機(jī)停止工作，從而起到保護(hù)停機(jī)作用。

3 變頻器的控制方式

3.1 U／f控制

作為變頻器調(diào)速控制方式，U／f控制最為簡(jiǎn)單，一般用在通用變頻器、風(fēng)機(jī)、泵類機(jī)械的工作中，起節(jié)能作用。U／f控制別稱是壓頻比控制。壓頻比的基本特征是同時(shí)控制變頻器的輸出電壓和輸出頻率。在設(shè)計(jì)頻率之下，通過(guò)保持輸出電壓和輸出頻率的穩(wěn)定性保障電動(dòng)機(jī)工作所需轉(zhuǎn)矩特性。優(yōu)點(diǎn)為U／f控制所需控制電路成本低，通常用于精度要求不嚴(yán)格的變頻器中［2］。

3.2 轉(zhuǎn)差頻率控制

轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器是以電動(dòng)機(jī)的工作速度和轉(zhuǎn)差頻率和作為變頻器的給定輸出功率。這就需要電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速值、轉(zhuǎn)差頻率（速度調(diào)節(jié)器的輸出值即為轉(zhuǎn)差頻率）。轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器與U／f控制相比較控制精度更進(jìn)一步。主要原因是加減速特性和限制過(guò)流能力有大幅度提升，而且轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器配備速度調(diào)節(jié)器，可以通過(guò)速度反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制，使得速度靜差縮小，可以應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)。

3.3 矢量控制

矢量控制簡(jiǎn)稱VC，在20世紀(jì)70年代由德國(guó)人F.Blaschke提出。對(duì)交流電動(dòng)機(jī)而言，是一種新的控制思想和控制技術(shù)，同時(shí)還是異步電動(dòng)機(jī)的一種理想調(diào)試技術(shù)。它的基本原理是依靠檢測(cè)和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量。利用磁場(chǎng)定向原理實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流、轉(zhuǎn)矩電流的控制，以此達(dá)到轉(zhuǎn)矩的目的。做法是把異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量予以分解，分解為勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流。對(duì)分解的兩個(gè)矢量電流進(jìn)行控制，同時(shí)還控制電流矢量的幅值與相位，從而達(dá)到控制定子電流矢量的目的［3］。

矢量控制方式有利于異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)更高性能。在調(diào)速范圍方面能夠與直流電動(dòng)機(jī)媲美，同時(shí)在控制方面能夠直接對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。這一優(yōu)點(diǎn)使得矢量控制方式在精密和快速控制工藝中得到長(zhǎng)足應(yīng)用。

3.4 直接轉(zhuǎn)矩控制

直接轉(zhuǎn)矩控制簡(jiǎn)稱DTC。直接轉(zhuǎn)矩控制是以轉(zhuǎn)矩作為控制量。該控制方式的優(yōu)點(diǎn)是僅對(duì)定子磁鏈予以控制，無(wú)需電機(jī)轉(zhuǎn)速信息，即所需信息量少；定子磁鏈觀測(cè)器可估算出同步速度信息，有利于實(shí)現(xiàn)無(wú)速度傳感器化。目前，在市場(chǎng)上銷售的低壓標(biāo)準(zhǔn)變頻器中，ABB ACS800采用這種控制技術(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變頻器的使用也將會(huì)越來(lái)越廣泛，無(wú)論是工業(yè)設(shè)備上還是家用電器上都將會(huì)使用到變頻器。只有對(duì)變頻器電機(jī)控制方式及主要保護(hù)作用進(jìn)行詳細(xì)的了解和掌握，才能使變頻器的功能更加全面地發(fā)揮出來(lái)，更好地服務(wù)于生產(chǎn)。

［1］ 李野，于張，劉艷霞.淺談變頻器的控制［J］.管理觀察，2009（20）：12－13.

［2］ 宋富根.通用變頻器控制策略研究［J］.上海大中型電機(jī)，2000（4）：25－26.

［3］ 王廷才.變頻器原理及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.