通用变频器调速系统技术分析

摘 要：通用变频器在工业中应用广泛，是交流电动机的调速系统的重要组成部分。目前，变频调速技术广泛应用在国民生活的各个领域，是一种理想的调速方式。在工业运用中的变频调速系统大多采用交流-直流-交流变频器的模式，这种类型的通用变频器在工业运用中有着良好的成效。此外，在通用变频器的实际使用中，还要考虑使用环境对变频器工作的影响，通过各类变频调速的关键技术手段，以达到在实际使用中提高通用变频器的经济实用性的目的。

关键字：通用变频器；变频调速技术；工业运用；关键技术

1 前言

现代社会的技术水平日新月异，在日常生活、工业农业、军工国防、电力通信、能源冶金等诸多领域中，都需要依靠稳定高效可靠地电气传动系统来给生产生活提供动力。目前交流调速传动技术在市场中占据着重要地位，变频器技术也在突飞猛进的发展，由此通用变频器应运而生，并在电网中的到了广泛应用。通用变频器在保障电网安全有效的运行及提高供电可靠性方面做出了巨大贡献，在生产生活中有着重要作用。通用变频器的性能取决于其有关关键技术的开发及改良。必须全面、深入的了解通用变频器调速系统的关键技术，在实际应用中灵活、合理的运用这些关键技术，才能更好地更有效的促进通用变频器调速系统关键技术的发展。

2 通用变频器的结构与原理

2.1 通用变频器的结构

通用变频器在精度、效率、可调范围上较之传统的变频调速器，均有着巨大的提升和改进。通用变频器主要有主电路、控制电路两个部分构成。其中控制电路的由下列几部分构成，分别是中央处理器（CPU）、数字信号处理器（DSP）、A/D转换电路、D/A转换电路、I/O几口电路、通信接口电路、输出信号检测电路、数字操作盘电路、和控制电源等。由于控制电路技术不断的发展、更新，加之高性能微型处理器的广泛应用，使得通用变频器技术得到飞跃式发展。得益于各种新型电子元器件的应用，通用变频器的性价比越来越高，性能越来越好，体积越来越小。

2.2 通用变频器的原理

通用变频器控制系统的重心是DSP系统，能够适应各种各样不同的负荷条件。通用变频器在实际工作中，通过改变变频器的参数设置可以实现各种不同的控制调节要求。通过连接操作键盘对通用变频器进行信号的输入，通过霍尔元件使变频器的可以对电流信号进行采样，经过DSP系统的转换、分析、运算，来判断工作状态是否有异常发生。变频器一旦发生异常，保护电路立即启动，通过切断信号的输入与变频器的输出的方式，使变频器停止工作。

我国目前所广泛应用的通用变频器多采用交流-直流-交流变频器的模式。这种变频器相比以往的变频器有着巨大的应用优势。但在在快速运行及频繁运行的工作系统例如要求电机采取四象限运行的系统中，不适合使用通用变频器调速系统。因为在四象限运行的系统中，存在很多不可逆电流，导致泵升电压升高，进而致使电机及元器件绝缘层破坏，对系统的安全运行产生严重的威胁。

3 通用变频器调速系统关键性技术分析

3.1 通用变频器的死区补偿技术

通用变频器在使用过程中，存在着人为控制的死区时间及关断死区时间两种不同的死区时间。这些都会使指令电压与实际输出电压间存在差异。为了抵消这种由死区时间造成的损失，避免死区时间对通用变频器造成的干扰，通常采用补偿方法进行补偿。目前在通用变频器的死区补偿上，主要应用的是电压反馈型补偿方法。该方法采用一种封闭环控制系统，通过检测两种电压之间的差异，对指令电压进行补偿，达到形成新的指令电压，消除死区时间的目的。该方法的操作难度极高，对实际操作的要求也较为苛刻。必须在保证很高的线路电压检测精度时，且时间不滞后的条件下，才能达到较好的补偿效果。

3.2 滑差补偿技术

对滑差的补偿，在通用变频器的低频运转时有着尤为重要的作用。通用变频器输入电压的频率，决定了通用变频器异步电机的滑差值，且滑差值的大小与输入电压频率的大小成反比例关系。在对变频器异步电机滑差值的补偿方面，通常在计算转矩的基础上，采用减小电流或增大额定值的方法，实现对通用变阻器异步电机进行补偿降速的作用。补偿值的确定，取决于电机的具体参数和电流的大小，尤其是电机的运行温度，对但是，这类补偿技术并没有在实际生产中得到广泛运用，其主要原因是这类补偿技术缺乏稳定性。目前，有一种新的滑差补偿方法拥有较为先进，该种技术基于转子磁场的定向控制补偿，拥有较高的稳定性。

3.3 能量回馈技术

通用变频器的两侧，可以用技术实现单元能量反馈。电机在电动运行时会自动将逆变器的开关管封锁，而在发电运行时，直流侧的能量回馈使得直流母线的电压不断升高，直到直流母线的电压超过电网电压峰值，会产生反电压作用，致使整流桥关断。而当直流母线电压继续升高，直到当工作电压超过了额定电压正常范围时，逆变器便开始工作。此时逆变器将直流母线直流侧的能量持续回馈到电网中，借此实现对电网进行能量回馈的最终目的。能量回馈技术有助于解决泵升电压的问题，使得通用变频器可以在更宽的适用范围内应用，大大扩宽了通用变频器的应用广度。

3.4 脉冲优化管理

当通用变频器的信号脉冲与功率脉冲产生相互作用时，通用变频器会自动分析驱动以及主电路中的脉冲序列和脉冲产生的瞬间现象，并同时分析变频系统中动态换流的过程，将脉宽最小的单位进行单独管理，以交换电流思想为主要依据，决定脉冲管理的方案。通常所被广泛采用的脉冲管理方案有最小脉宽调制、预励磁技术等。脉冲优化管理技术通过对比不同平率与不同电压调制比，将电流区域按照不同类型分为不同的环形区域。根据这些区域的脉宽调制状况，通过各种技术手段，进行针对性的优化，从而达到增长脉宽影响作用时间的目的，实现脉宽影响的最小化。

在通用变频器中存在单独开关器件工作时间过短导致的元器件承受直流母线电压冲击的现象。为了有效解决这种问题，要将参数控制脉冲与离散型同步之间所产生的矛盾进行针对性的处理。

4 结语

通用变频器变频系统尚处于发展之中，很多关键技术都有待完善和改进。需要我们更加全面的去了解这些关键技术的作用原理，并合理、灵活的着用这些技术。根据实际中通用变频器的工作环境与工作状态，有选择的采用各种不同的变频调速技术对通用变频器进行设计。加大通用变速器调速技术的科研投入，加快研发进度，有助于提高供电质量，满足人们对更安全、更稳定的电力系统的需求，促进行业健康稳定的发展。

参考文献

[1]韩焦.通用变频调速系统关键技术研究[D].南京理工大学，2014.

[2]卢博.双馈电動机转子侧变速调节与节能控制技术研究[D].沈阳工业大学，2012.

[3]赵争鸣.高压大容量变频调速系统关键技术分析与研究[J].中国科学，2009（03）.

[4]吴洪涛.基于FPGA数字下变频技术的设计与应用[J].电子技术与软件工程，2016（04）.

作者简介

董蕴慧（1996-），女，山东烟台市蓬莱市，山东科技大学本科在读；研究方向：电气工程。