丁志華

寧夏回族自治區(qū)固海揚(yáng)水管理處 寧夏中衛(wèi) 755100

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)水平隨之不斷提升，其綜合性能更加成熟，因?yàn)槠渚哂辛己玫膶?shí)用性，所以被人們大范圍運(yùn)用到了電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制之中。這篇文章主要圍繞變頻器對(duì)變頻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制展開(kāi)全面深入地研究分析，希望能夠?qū)ξ覈?guó)電氣工業(yè)行業(yè)的未來(lái)穩(wěn)步健康發(fā)展有所幫助。

1 變頻調(diào)速方式的應(yīng)用價(jià)值

1.1 實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)調(diào)速

將變頻調(diào)速的方法加以良好地運(yùn)用可以有效地完成無(wú)級(jí)調(diào)速，這主要是因?yàn)樵谧冾l電機(jī)大范圍運(yùn)用的形勢(shì)下，變頻器可以更加高效地對(duì)電路實(shí)施調(diào)控，從而確保速度能夠保證始終維持穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。在電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度相對(duì)較低的時(shí)候，電機(jī)就會(huì)自行調(diào)整轉(zhuǎn)矩，增加轉(zhuǎn)矩從而實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間的目的，盡可能地提升電機(jī)的啟動(dòng)效率。

1.2 啟動(dòng)時(shí)需要的電流較小

在啟動(dòng)電機(jī)的時(shí)候，一般會(huì)提升電流、增加振動(dòng)頻率，這樣必然會(huì)對(duì)電機(jī)的運(yùn)行性能造成一定的損害，無(wú)法對(duì)電機(jī)加以良好的保護(hù)。為了切實(shí)規(guī)避上述不良情況的發(fā)生，泵站工作人員可以運(yùn)用調(diào)節(jié)變頻的方法來(lái)控制電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程所需要使用到的電流和振動(dòng)頻率，對(duì)于電機(jī)運(yùn)行性能加以良好的保護(hù)，盡可能地保證電機(jī)的使用效果和壽命。

1.3 節(jié)能效果好

所有的機(jī)械設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中往往都會(huì)形成諸多的富余量，從而為驅(qū)動(dòng)給予必要的輔助。對(duì)于一般的電機(jī)設(shè)備來(lái)說(shuō)，在維持低速運(yùn)行的時(shí)候，多余的轉(zhuǎn)矩必然會(huì)導(dǎo)致功率的增加，造成能源浪費(fèi)的情況發(fā)生。就變頻設(shè)備來(lái)說(shuō)，輸出轉(zhuǎn)矩一般較小，并且也可以對(duì)輸出功率加以把控，促進(jìn)電能使用效率的提升，盡可能地規(guī)避泵站電能出現(xiàn)浪費(fèi)的情況，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和降低泵站能源單耗。

1.4 降低了無(wú)功損耗，提高了電能使用率

電網(wǎng)中的無(wú)功率不僅會(huì)導(dǎo)致設(shè)備和線路損耗的增加，并且還會(huì)造成設(shè)備溫度的不斷提升，甚至?xí)T發(fā)火情的發(fā)生。變頻調(diào)速裝置中所設(shè)置的濾波電流一般可以有效地篩出電網(wǎng)中的無(wú)功功率，從而促進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，避免設(shè)備溫度的提升。

2 變頻電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)

2.1 電磁設(shè)計(jì)

通常情況下，在針對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)施設(shè)計(jì)工作的時(shí)候，都會(huì)對(duì)其各項(xiàng)性能參數(shù)加以重點(diǎn)分析，變頻電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)一般不需要過(guò)分對(duì)過(guò)載能力以及氣動(dòng)性能加以關(guān)注，重點(diǎn)問(wèn)題就是調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)與非正弦電波電源的適應(yīng)能力。電磁設(shè)計(jì)方式為：首先，需要控制定子和轉(zhuǎn)子的電阻。在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作的時(shí)候，適當(dāng)?shù)目s減定子電阻可以有效地降低銅的損耗，有效地緩解高次諧波所造成的銅的高損耗問(wèn)題。其次，提升電感。為了有效地避免電流中出現(xiàn)高頻次的諧波，控制銅損耗，可以結(jié)合實(shí)際情況和需要來(lái)增強(qiáng)電機(jī)的電感。但是極易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子槽漏抗的增加，這樣也會(huì)導(dǎo)致高次諧波銅損耗問(wèn)題的加劇，所以在進(jìn)行電機(jī)漏抗設(shè)計(jì)工作的時(shí)候，對(duì)于阻抗的適用性也需要進(jìn)行良好的分析研究。最后，主磁路不飽和的問(wèn)題較為突出。在針對(duì)變頻電動(dòng)機(jī)的電磁實(shí)施設(shè)計(jì)工作的時(shí)候，通常都會(huì)將其設(shè)定為不飽和的狀態(tài)，不但需要對(duì)高次諧波形成的磁路飽和狀態(tài)加以考慮，并且還應(yīng)當(dāng)重視不斷提升變頻器的輸出電壓，這樣就可以增強(qiáng)其輸出轉(zhuǎn)矩。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在實(shí)施變頻電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)對(duì)非正弦波電源對(duì)變頻電動(dòng)機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)、振動(dòng)頻率以及噪聲強(qiáng)度加以綜合分析。詳細(xì)的來(lái)說(shuō)需要對(duì)以下幾個(gè)方面加以重視：首先，絕緣等級(jí)。絕緣結(jié)構(gòu)一般等級(jí)都是F級(jí)及以上，特別需要關(guān)注絕緣體對(duì)電壓沖擊所具備的承受能力。其次，剛性。就電動(dòng)機(jī)的噪聲以及振動(dòng)的情況來(lái)看，需要重點(diǎn)關(guān)注電動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及其剛性，盡可能地不斷提升電機(jī)的頻率，規(guī)避出現(xiàn)與各電磁力之間出現(xiàn)共振的問(wèn)題。再次，冷卻的方法。電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中需要合理地選擇通風(fēng)的方式，電機(jī)散熱風(fēng)險(xiǎn)盡可能運(yùn)用單獨(dú)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。最后，軸電流。如果電機(jī)的容量超出了規(guī)定的范圍，那么可以運(yùn)用軸承絕緣的方式來(lái)對(duì)軸電流加以調(diào)控，避免磁路出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)的情況，如果軸電流較大，那么就會(huì)導(dǎo)致軸承需要承擔(dān)較大的負(fù)荷，無(wú)法對(duì)軸承的正常使用加以保障，所以在實(shí)踐中我們可以運(yùn)用絕緣措施來(lái)避免軸電流的出現(xiàn)。

3 變頻器對(duì)電機(jī)的影響

3.1 電動(dòng)機(jī)的效率和溫升問(wèn)題

任何一種變頻器設(shè)備，在保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，通常都需要穩(wěn)定的電壓輔助，整個(gè)過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)高次諧波電流，在這種狀態(tài)下電機(jī)就會(huì)維持在非正弦電壓環(huán)境下，所以最終會(huì)誘發(fā)嚴(yán)重的能源損耗的情況。在出現(xiàn)高次諧波電流的時(shí)候往往會(huì)加劇銅耗以及鐵耗的問(wèn)題，轉(zhuǎn)子銅耗的問(wèn)題十分嚴(yán)重，這些能耗問(wèn)題的發(fā)生也會(huì)促使電動(dòng)機(jī)設(shè)備溫度的不斷提高，無(wú)法對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性加以根本保障。

3.2 電動(dòng)機(jī)絕緣強(qiáng)度問(wèn)題

就當(dāng)前變頻器設(shè)備的使用效果來(lái)看，中小型變頻器的使用概率相對(duì)較高，載波頻率也在逐漸提升，甚至?xí)岣叩綆兹f(wàn)赫茲。在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部所安設(shè)的定子繞組往往都需要承擔(dān)較強(qiáng)的電壓，從而會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)造成嚴(yán)重的損害，所以對(duì)于電動(dòng)機(jī)的絕緣性能要求相對(duì)較高。就變頻器實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)說(shuō)，一般會(huì)形成矩形形斬諧波電壓，在其與電動(dòng)機(jī)的電壓進(jìn)行融合之后，就會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)形成一定的損害，不利于電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3 諧波電磁噪聲與振動(dòng)

為了保證電磁設(shè)備和機(jī)械設(shè)備都可以為實(shí)踐工作提供良好的幫助，最為關(guān)鍵的就是需要從各個(gè)細(xì)節(jié)入手來(lái)增強(qiáng)其散熱性能。在電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中一般振動(dòng)的頻率以及幅度會(huì)逐漸地增加，并且會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲。在變頻電源之中，各類(lèi)諧波一般都是普遍存在的，并且各類(lèi)諧波之間也存在明顯的關(guān)聯(lián)，在頻率保證穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，所產(chǎn)生的共振現(xiàn)象最終會(huì)誘發(fā)較為強(qiáng)烈的噪聲。在電動(dòng)機(jī)維持正常持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)工作狀態(tài)的過(guò)程中，速度的波動(dòng)范圍會(huì)隨之快速地?cái)U(kuò)大，并且不能高效地對(duì)電磁力波以及電動(dòng)機(jī)振動(dòng)頻率進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，噪聲現(xiàn)象以及振動(dòng)問(wèn)題不能得到有效緩解。

3.4 電動(dòng)機(jī)適應(yīng)頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的能力

變頻器逆變器電機(jī)在電源開(kāi)啟之后就會(huì)處在運(yùn)行的狀態(tài)，電機(jī)也可以在較低的頻率以及電壓狀態(tài)下啟動(dòng)，這個(gè)時(shí)候沖擊電流一般相對(duì)較小。制動(dòng)變頻器的運(yùn)行可以使用多種方法來(lái)提升運(yùn)轉(zhuǎn)速度，電機(jī)也可以進(jìn)行隨時(shí)制動(dòng)。

3.5 低轉(zhuǎn)速時(shí)的冷卻問(wèn)題

電機(jī)自身抗阻效果相對(duì)較差，處在低速運(yùn)行的狀態(tài)過(guò)程中，電源中會(huì)形成高次諧波，這個(gè)時(shí)候的銅耗相對(duì)較高。其次，在電機(jī)處在低速運(yùn)行的狀態(tài)的時(shí)候，冷卻風(fēng)量與運(yùn)轉(zhuǎn)速度之間會(huì)形成失衡的狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候電機(jī)處在低速運(yùn)行的狀態(tài)，要想輸出轉(zhuǎn)矩是非常困難的。

4 變頻器工作原理

變頻器通常都是由多個(gè)電力電子部件組合而成的設(shè)備，電力電子部件的作用就是在電路之中起到阻斷的作用。變頻器的主要作用就是調(diào)節(jié)電流，變頻器采用不同的控制方法往往最終形成的調(diào)速結(jié)果都是不一樣的?？刂品绞街饕婕伴_(kāi)環(huán)控制以及閉環(huán)控制，就開(kāi)環(huán)控制實(shí)際情況來(lái)說(shuō)，電壓、頻率都是以正比例的狀態(tài)進(jìn)行控制，閉環(huán)控制中主要涉及轉(zhuǎn)差頻率以及矢量控制。變頻器在運(yùn)行的過(guò)程中，其實(shí)際運(yùn)行原理就是用整流器將電流電調(diào)整為直流電，并且相互之間可以進(jìn)行調(diào)控。

5 變頻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

變頻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)通常涉及四個(gè)分支，也就是整流電路、濾波電路、制動(dòng)電路以及逆變電路，這一電路輸出波形為脈沖方波，主要波形可以劃分為高次諧波，電路中電壓發(fā)生變化的頻率就會(huì)依據(jù)相關(guān)比例完成調(diào)整，二者無(wú)法獨(dú)立進(jìn)行調(diào)整，這就充分說(shuō)明了，這一電路在實(shí)際運(yùn)行中無(wú)法滿(mǎn)足供電電源的實(shí)際需要。

(1)整流電路。整流電路通常都是借助三相不可控橋式整流電路來(lái)實(shí)施操控的，利用這一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以將三相電流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，為后續(xù)電能供應(yīng)給予輔助。

(2)濾波電路。整流電路之中調(diào)整完成的電流中，高次諧波的占比較高，濾波電路的作用就是對(duì)這類(lèi)電流實(shí)施專(zhuān)門(mén)的處理，也可以有效地規(guī)避逆變電路和整流電路之間發(fā)生耦合的情況，盡可能避免電路遭到任何的干擾，從而將電路中的功率加以良好的把控。在電路與電源進(jìn)行連接之后，電容兩邊的電壓都會(huì)維持0的狀態(tài)，這樣就會(huì)造成線路通電之后，濾波器電容充電較大的電流極易對(duì)整流橋中的二極管形成一定的損害，可以借助電阻來(lái)對(duì)上述問(wèn)題加以規(guī)避，等到電流中電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之后，將電阻實(shí)施短路處理。

(3)制動(dòng)電路。制動(dòng)電路的作用就是對(duì)電路中的反饋能量加以清除，這些能量往往都是形成于電機(jī)減速的過(guò)程中，轉(zhuǎn)子速度超過(guò)電機(jī)運(yùn)行速度的時(shí)候，過(guò)量的動(dòng)能就會(huì)導(dǎo)致直流電阻體現(xiàn)了濾波電容兩邊電壓的增加，如果沒(méi)有加以良好的處理，那么必然會(huì)對(duì)變頻器造成一定的損害，制動(dòng)電路的設(shè)置也可以有效地將上述問(wèn)題加以解決。

(4)逆變電路。逆變電路中最主要的部件就是逆變管，其主要作用就是將現(xiàn)有的三相橋式整流電路調(diào)整為直流電來(lái)完成逆變的轉(zhuǎn)變，在完成上述操作之后，幅值以及頻率往往都可以加以調(diào)控。逆變電路系統(tǒng)在加以實(shí)踐運(yùn)用的時(shí)候，可以利用兩種方式來(lái)完成控制，也就是閉環(huán)反饋控制以及開(kāi)環(huán)反饋控制。開(kāi)環(huán)反饋控制在實(shí)踐中的作用就是為變頻設(shè)備提供頻率信號(hào)，對(duì)于變頻器的循環(huán)運(yùn)行加以控制，這樣就可以完成對(duì)電機(jī)的把控。電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中可以利用功率來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度加以調(diào)控，轉(zhuǎn)速與給定的轉(zhuǎn)速之間往往都具有一定的差別，這一誤差無(wú)法加以良好的規(guī)避，所以在精度要求相對(duì)較高的電機(jī)場(chǎng)中這一控制模式無(wú)法發(fā)揮出良好的作用。閉環(huán)反饋控制就是在開(kāi)環(huán)反饋控制的基礎(chǔ)上完成全面的調(diào)整，調(diào)整方法就是增設(shè)反饋環(huán)節(jié)，在實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中結(jié)合環(huán)境情況來(lái)對(duì)誤差加以調(diào)控，這樣就可以保證良好的輸出效果。大多數(shù)的閉環(huán)反饋控制在實(shí)踐運(yùn)用中通常都需要專(zhuān)門(mén)的轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)加以輔助，這類(lèi)傳感器的安設(shè)可以將獲取的轉(zhuǎn)速信號(hào)加以反饋，并且與前期設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合對(duì)比結(jié)果來(lái)實(shí)施調(diào)整，從而控制轉(zhuǎn)速之間所存在的差異，保證電機(jī)能夠維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

6 變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理

變頻設(shè)備一般都可以利用RS485接口來(lái)獲取主控系統(tǒng)的指令，例如，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，主控設(shè)備可以利用RS485接口來(lái)完成遠(yuǎn)程對(duì)變頻器的調(diào)控。變頻器也可以借助RS485接口將轉(zhuǎn)速等信號(hào)傳遞到主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。變頻器的主要功能就是將信號(hào)輸送給計(jì)算機(jī)設(shè)備，隨后進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的處理。變頻器也可以運(yùn)用線路與變頻設(shè)備形成完整的整體，電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵在整個(gè)系統(tǒng)中的作用就是為提供動(dòng)能，液壓馬達(dá)可以為風(fēng)扇的正常轉(zhuǎn)動(dòng)給予必要的動(dòng)能，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)通常就是運(yùn)用轉(zhuǎn)速設(shè)備來(lái)將信號(hào)傳送到變頻器之中的，變頻器對(duì)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)情況進(jìn)行掌握，從而實(shí)施調(diào)控。

(1)在閉環(huán)狀態(tài)下可以對(duì)控制量情況進(jìn)行設(shè)定和調(diào)控，變頻器結(jié)合調(diào)控參數(shù)來(lái)對(duì)變頻器輸出頻率加以管控，對(duì)于電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行良好的調(diào)節(jié)。(2)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率往往都是由計(jì)算機(jī)加以控制的。(3)變頻器在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中一旦出現(xiàn)任何的故障都可以將故障信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)。(4)借助變頻器設(shè)備上的主界面可以完成變頻器的運(yùn)行速度、開(kāi)關(guān)、急停等操控。

7 變頻器控制技術(shù)

7.1 電壓矢量控制

在利用定子電流來(lái)獲取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換來(lái)完成電壓適量的把控，需要將電機(jī)三相坐標(biāo)依據(jù)直角坐標(biāo)系來(lái)實(shí)施定子電流的調(diào)整。在實(shí)施調(diào)換的時(shí)候，需要將電流矢量結(jié)合實(shí)際情況在靜止坐標(biāo)中進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)換，之后將兩相靜止坐標(biāo)電流結(jié)合實(shí)際需要來(lái)加以轉(zhuǎn)換。在進(jìn)行上述操作的時(shí)候，需要對(duì)直流電機(jī)的控制模式加以掌控，并且需要對(duì)坐標(biāo)逆變的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)加以掌握，這樣才可以對(duì)異步電動(dòng)機(jī)控制量各方面情況加以掌握。在將上述方法加以運(yùn)用的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)對(duì)轉(zhuǎn)速以及磁場(chǎng)進(jìn)行分別把控，結(jié)合分量的情況來(lái)加以判斷。但是就實(shí)際情況來(lái)說(shuō)，還應(yīng)當(dāng)對(duì)各個(gè)參數(shù)所造成的不同影響加以綜合考慮，如果無(wú)法按照規(guī)定來(lái)完成調(diào)換，那么是無(wú)法實(shí)現(xiàn)既定的效果目標(biāo)的。

7.2 直接轉(zhuǎn)矩控制

直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的運(yùn)用可以有效地對(duì)電壓矢量控制中所存在的問(wèn)題加以解決，并且其最為突出的優(yōu)越性就是整體結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，性能較強(qiáng)。通過(guò)專(zhuān)業(yè)人士的不斷優(yōu)化，直接轉(zhuǎn)矩技術(shù)水平不斷提升，并且被人們引用到了大功率電機(jī)牽引交流傳動(dòng)之中。

結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，變頻器在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用是非常關(guān)鍵的，變頻器是當(dāng)前最為先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備，因?yàn)榭梢酝瓿蓪?duì)電機(jī)的變頻控制，也具備良好的節(jié)能降耗的特征，所以受到了人們的廣泛青睞，被人們大范圍運(yùn)用。