变频器在电机拖动及其控制领域的应用分析

崔志敏

（国能集团准能公司黑岱沟选煤厂，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

由于变频器是目前工业生产与生活当中最为常见的电力设备，具有稳定性强、启动平稳、调速能力强、精准度高等优势，作为节能调速设备活跃与应用。变频器不但能够进行无级调速，在负荷出现差异的情况下，能够有效减少运行故障，提高运行效率，做到高节能、高精度、高安全性等优势，在工厂生产、矿场生产等工作中，较为常用的变频器使用方法，是对多台电机进行拖动，提高了拖动效率，在电机功率相同且较小的情况下完成拖动，进行生产。

一、变频器的分类及基本功能

（一）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。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.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。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。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。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。

二、变频器的作用及工作原理与工作现状

（一）变频器完美的将工作频率转化为各种频率的交感电源，以保证变速电机的正常运行。变频器主要有两方面的作用，直接作用主要是通过对电机的电压和频率的调节，从而使电机的速度可以在一定范围内无限调节。间接作用主要有节能节点，提高生产的自动化水平。节能节电表现在利用变频调速，对风机，泵类等设备的传入传出流量进行适当的调节，一方面达到电机的多个基本要求，另一方面更最要的是降低电耗。变频器的工作原理只要是通过主电路给各个次级电路提供调频调压后的电力。主路电路主要有电压型变频器和电流型变频器，变压型是将电压源的直流交换变为交流的变频器，电流型是将电流源直流变换为交流的变频器。变频器主要由整流器，平波回路，逆变器三部分组成，整流器将工作频率的变换为直流，将直流电压在变流器和逆变器中产生的电压波动称为平波回路，逆变器是将直流功率变为交感功率的场所。

（二）变频器的应用技术与应用范围。变频器所依赖的技术为变频调速技术，变频调速技术能够有效的减少电力使用过程中的工作污染与能耗，其主要工作原理在于，根据电机的工作需求和输入频率，对电机的转速进行调整，并保证转速足够情况下电机的工作效能，目前较为常用的变频调速技术主要包括变频空调等家电，在电力驱动交通工具上也得到了广泛的应用，与人们的生活息息相关。变频器除在日常生活中应用广泛外，在工业生产当中的应用十分突出，工业生产、矿业开采等多种产业与行业均极大的应用变频调速技术。

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。

四、变频器的使用误区与解决方法

（一）变频器节能效果高，能够节省大部分电能虽然变频器具有节约能源的功能，但其节能能力是相对而言的，其节能能力有一定的限制，且由于交流电机具有一定的机械负载差别，在电机应用过程中，并非所有的电机都可以进行变频器调节，其调节能力受到技术限制，并非是节能降耗的“万能法”。某水泥厂对变频器的使用不够了解，认为变频器可以大量节省电能，投资大量资金将所有的设备均改装为变频器，但事实证明并无明显得节能优势，但使用过程中对散热、风量等需求增加，导致使用和生产受到巨大的影响。因此在选择和使用变频器时，应注意变频器选择的功率和数量，不可过多购买导致设备闲置，造成浪费，应严格按照规定和规范进行使用，不可强力拆卸和更改。

（二）变频器“大材小用”。许多厂家在了解变频器的应用优势后，在不需要或不具备相关配套设施的情况下进行变频器的改革和使用，使得许多交流电动机在功率不够的情况下采用变频器进行调速使用，此类方法虽然在一定程度上取得了生产和节能效果，但不可过分、大面积应用，尤其在电机的使用设备与变频器的设备功率不相匹配的情况下，盲目安装和更换变频器或电机，会直接影响电机的稳定性与安全性。

（三）过分选用价格低廉的变频器。变频器虽然具有极高的应用优势与节能优势，但不同生产工艺与技术能力所生产的变频器也具有极大的不同，许多厂家在选择变频器时过分关注其价格，选择价格低廉的低质变频器甚至是未达到国家相应指标的“山寨”变频器进行生产，其主要缺陷在于，变频器的使用污染与使用风险极大的增加，无法有效开展变频器的使用优势，造成生产延误或生产设备损坏。某水泥厂购买一台无质量保障的“变频器”，该变频器在使用过程中导致袋收尘器的脉冲反吹系统失灵，无法工作，直到该厂家更换另一款价格相对昂贵的变频器，该问题才得到解决。可见工业生产厂家在进行变频器的选择时，首先要关注变频器的质量与功能，其次才是价格差异，才能够保证变频器的使用效果与使用寿命。

五、变频器用于拖动电机的注意事项

（一）当变频器运用在电机拖动中需注意变频器的选型和交流接触器的选型。首先在选型前要考虑在运行的工作情况，看是否在变频器的运行过程中，多个电机可以同时停止，同时开启。如果要求多个电机不用随时启动，那只要注意变频器的容量在选型时要使变频器的额定功率大于多个电机额定功率之和，然后进一步放大选型就可以。如果需要随时让电机启动或停止的，想要计算出变频器需要的容量，首先要计算出可以随时启动，停止的电机的额度功率之和，然后将得出的总功率乘以5-7倍，再加上不需要随时启动和停止的电机额定功率之和，所得出的最后数值就是需要的变频器的选型功率。交流接触器的选型只需要遵守一般都规则，将电机的额度电流放大一倍就可以。

（二）变频器作为电力仪器，具有一定的使用规范与注意事项，把握好注意事项，能够有效改善变频器的使用效果，减少污染，延长变频器的使用寿命。在变频器的使用过程中，散热问题是首要的注意事项，变频器的工作故障与使用寿命都会随着变频器的热度产生变化，在散热良好的情况下使用和维护，能有效减少变频

器的故障，延长寿命，可以在变频器外部安装散热器，并将散热器与变频器柜体向匹配，该方法能够将变频器使用过程中70%的热量有效散发，具有非常大的应用优势，此外，谐波是变频器使用过程中最为主要的干扰与污染，对谐波进行抑制，是保障电机与其他设备正常工作的关键，可以采用增加装置脉冲数量和安装谐波过滤器进行谐波的整理和消除，以达到稳定设备工作，提高生产效率的。

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。