变频器在电机拖动及其控制领域的应用

王睿

【摘要】 随着新型大功率电力电子器件的出现、运动控制理论的发展、微控制器技术的进步，产生了各种通用的高性能交流传动控制系统，多种交流变频调速技术日趋成熟，变频器的控制精度和动态性能大大提高，得到广泛的应用。本文将对变频器在交流电机拖动及其控制领域的应用进行探讨。

【关键词】 变频器 电机 拖动 控制

变频器是将交流工频电源转换成电压、频率均可变的交流电源以适合交流电机调速的电力电子变换装置。交流变频调速技术在其发展的几十年里，技术不断创新，性能不断完善，逐步取代直流调速系统，在工业生产过程中广泛使用。现在变频理论已经相当成熟，随着新的电力电子器件的产生，出现了新的变频技术。

一、变频器的分类

变频器的分类有很多种：

按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；

按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；

按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等。

二、变频器的基本功能

2.1变频调速

变频器改变交流电动机电源的频率和幅值，改变交流电动机旋转磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。其可控加速功能可以在零速起动，并按照用户的需要选择不同的加速曲线进行均匀加速。

2.2变频节能

变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。各种生产机械在设计配用动力驱动时，为了保证安全可靠生产会预留出富余量，但是如果电机不是满负荷工作状态，那么这些预留量就会增加有功功率的消耗，造成不必要的浪费。而使用变频器变频调速，通过降低泵或风机的转速即可满足需求。

2.3功率因数补偿节能

由于变频器内部滤波电容的作用，补偿无功损耗，增加电网输出的有功功率。

2.4软起动功能

异步电动机全压起动对电网造成严重的冲击，对电网容量要求较高，起动电流对设备、线路冲击，导致使用寿命减少。而软起动功能，可以通过限制电流的方式来减轻对电网的冲击，同时还可以扩充供电容量，从而达到了延长设备使用寿命的目的。

2.5其他功能

如过流保护、过压保护、欠压保护、过热保护及瞬时停电保护等功能。

三、变频器在交流电机拖动及其控制领域的应用

电机全压启动或减压启动时，启动电流远超额定额定电流，这种情况不但会增大电机自己的铜损，还会使功率损耗增大，造成电压的波动，从而冲击机电设备和电网，甚至影响到线路中其他设备的正常工作。为了防止这种情况的发生，供电系统设计时不得不加大变压器的容量，而这在电机正常运行时又造成浪费。

此外，电机全压启动时造成的大启动电流还会加速电机绝缘老化而缩短电机寿命。但是我们采用变频器后，利用软启动功能可以保障启动电流从零开始然后上升至额定值，这个过程的速度由变频器的加速时间来决定，这样就大大减小了启动时所产生的功率损耗，避免了浪费。

建立准确的磁通观测器与速度观察器需要有精确的模型，为此需要预知电机定子与转子的电阻、电感、铁心饱和系数等诸多参数，这对于对象不确定的通用变频器来说是十分困难甚至是不可能的。为了应对这样的状况，当代变频器一般都具有“自动调整”功能，可以自动完成部分参数测试与设定。自动调整功能包括长线调整、停止型调整、空载旋转型调整与带负载在线自动调整多种。长线调整用于电枢连接线与定子的电阻测试与设定。停止型调整可通过对电机在静态励磁情况下的电压/电流等的分析与计算，获得电阻、电感等基本参数。

旋转型调整则可以通过不同转速下的运行，根据电压/电流等参数的动态变化规律，获得更为准确的对象参数；而在线自动调整功能还可以完成包括负载惯量在内的更多参数的测试与设定，使得模型更为准确。

四、结论

现今变频器以其卓越的调速性能和显著的节能效果已得到人们的认可，期望以后能够更好的利用变频器的特性并得到了快速发展和推广应用。

参 考 文 献

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