电气控制系统中的变频器应用研究

向荣华 陆向东

摘 要 变频器是电气控制系统中对主轴转速起到控制作用的一个重要元件，也是提升控制系统性能的一个措施。因此，本文以电气控制系统中的变频器概述为开篇，重点研究其工作原理與具体应用，以期为相关工作者提供一定的参考与帮助，提升相应的安装与维护水平。

关键词 电气控制系统;变频器;矢量控制技术

引言

在传统直流传动中，由于直流电动机中机械式转向器存有较大的局限性，导致在具体应用中带来诸多弊病。而近几年，变频技术的发展与成熟，开始大量应用于直接转矩控制技术以及矢量控制技术中，其调速性与直流传动工作模式并无差异，但局限性较低，因而变频器渐渐被广泛应用于各类自动化设备之中。

1 电气控制系统中的变频器概述

变频器通常可分为直接变频器与间接变频器，两种变频器配置方式所产生的功率转转换频率具有本质差别。而两种变频器中的中间电路、逆变器、控制电路、整流器是基础组成部分，都可将交流电转化为直流电，并进行直流储备、控制信号传送等工作。其中，整流器可产生直流电压脉动，分为可控、不可控两种类型，并且采用的是单相与三相交流电源连接。简单来说逆变器就是逆变电流，将已经处理过的直流电，转化为交流电，为后续转换提供基础。电动机提供信号回路是控制电路的重要作用，控制电路通常包括对电流电压监测、保护逆变器与整流器、计算电压等作用，并且以电路回馈信息作为依据，对电动机电压与频率进行控制，将其保持在正常、安全的范围内[1]。

2 电气控制系统中的变频器应用

2.1 电气控制系统应用变频器的特点

在目前实际机床控制系统中，高性能、高效率等是变频器应用于电气控制系统中的重要优势，其核心功用就是对电机进行调速、变频。一方面，变频器主要应用于机床笼型异步电动机中，可调整范围较广，转矩较大，且节能性良好，且即便是在工作环境较为恶劣、严峻的情况下，也可有效实现对电动机的调速、变频。另一方面，恒功率调速与恒转矩调速都可以通过变频器实现，即前者可直接利用频率进行调速，后者则可通过额定频率进行实现。因此，从电动机负载能力方面进行考虑，可将其分为恒转矩负载、恒功率两类。

2.2 电气控制系统应用变频器的原理

公式中，n代表电动机转速，f代表电源频率，s代表电动机转差率，p代表电动机磁极对数。通过电动机速度计算公式可得，电动机转速与电动机磁极对数、频率具有较大关联性。但是，电动机磁极对数并不是一个连续递增的数值，因而会发生当通过改变电动机的磁极对数进行调速时，速度改变反而不明确的问题。基于此，改变电源频率是更为切实有效的方案，加之在工业中用电频率通常为恒定，因此利用变频器改变电源频率，达成对电动机的调速，是更为良好的一种电动动机调速方案。

可以说，变频器工作原理就是利用其内部整流器将原本频率不可控的交流电转换为成直流电，再将直流电转换为频率可控的交流电，从而实现调速、变频的作用。

2.3 电气控制系统应用变频器的设计安装

当在电气控制系统内安装变频器，不仅要设计、安装变频控制系统，还要设计、添加相应的变频控制柜。一方面，电气工程师应对即将安装的变频器实际应用要求有明确掌握，并在电气控制柜内较为中间的位置，进行垂直安装变频器，保证其安装位置正确，且不会阻挡其正上方与正下方的排风、进风元件。同时，必要大元件之间的距离;电气控制系统柜顶部与隔板的距离;变频器上、下边缘之间的距离，都应最少保持在30cm以上。

另一方，针对特殊用户需要在使用时将键盘取下，因此在设计变频控制系统前，需要掌握系统实际配置与客户需要、控制方式、工作方式等。而变频器所安装的工作环境中，应对变频器面板的监控设备使用胶带密封，或用面板对其进行定期替换，以便有效避免粉尘大量进入变频器内，并且进行定期的清理与维护，及时清理灰尘、粉尘等，避免造成变频器寿命减少、安全事故等问题。针对变频器系统设计方面，应区分好新设计系统与旧设备改造系统的差异，其中旧设备改造系统，还应有效参考相应的技术参数，并进行细化调整[2]。

2.4 电气控制系统应用变频器的具体内容

以某工厂水处理泵房工程为例，该工程施工项目中所包含的电气控制设备包括测温测速制动柜、自动化元件、备品备件;水轮机自动化元件、备品备件等。项目含括设计、制造、安装、试运行、验收等环节。同时，依据实际施工所处地形、项目设计等多方位要求，还需配备多种可通过变频设备进行控制的水泵，以便可以针对水泵电流频率、水泵转速、流量等参数进行变频调节。一方面，在应用变频器进行变速调节的过程中，需要重点考虑水泵转速下降幅度，应保持在额定的30%变动范围内，而提高速率同样应保持在5%范围内。且应最大限度避免运行动力机发生超载，从而规避机组震动、设备损坏等问题的发生。如当单泵额定转速需要提高时，通过变频器可将每小时1.45m2的流量快速提升至2.56m2，整体频率提升幅度约12%，输出电流频率变为57.4Hz，变动幅度较为平稳;而当转速降低时，流量可从每小时2.45m2迅速降低为每小时1.35m2，整体频率下降幅度约为4%，电流频率变为57.4Hz，变动幅度在额定范围内。另一方面，变频器转速调节对于设备运行具有良好的辅助调整作用。这是由于转速每一次出现调节后，流量随之改变，因此需要升高或降低水泵转速，以保证施工中用水需求，对泵站装置来说，起到良好的调整效果。同时，各级泵站应用变频器，不仅可以对各梯级提水流量进行较为轻松的控制，还可杜绝弃水、断流等事故的发生，且在节能减排、节省成本等方面也具有一定的辅助效果，为整体工程运行的安全性、稳定性等提供了一定保障。

3 结束语

总而言之，在当前电气工程、电力工程、电子技术有效结合的前提下，电动机条数装置渐渐被广泛应用，因此相关工作人员应对其中变频器的工作原理、使用维护等具有全面、明确的掌握，以规范性的操作、使用与正确的设置参数来发挥变频器的功用，并降低后续改造、维修的难度。

参考文献

[1] 王明群，牛明峰.电气控制系统中的变频器应用[J].集成电路应用，2020，37（3）：120-121.

[2] 刘树伟.电气传动中变频器应用技术研究[J].内燃机与配件，2018，（6）：204-205.