变频技术在机械加工设备中的发展

金曦冬

中车大连机车车辆有限公司 辽宁 大连 116021

变频技术和电子技术共同应用组合成为变频器是，通过改变电动机的电源频率有效的控制交流电机旋转速度。变频器主要部分分为整流装置、逆变装置、控制单元、检测单元、驱动单元、微处理单元等部分。变频器主要工作原理是由控制单元控制IGBT(可控硅元件)的通断来调整输出频率的变化，达到对控制电源的要求，其技术在各个领域中都有广泛的应用。

本文主要对变频器在机械加工设备中的发展和应用做一些论述。

一、变频器概述

1、变频器。变频器的工作原理是，将交流工频电源整流成直流电，对直流电路进行滤波，将直流电逆变成幅度和频率可调的交流电。从而实现将工频交流电源变换成各种频率的交流电源，实现对电机的调速控制的设备。简称VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)。

2、变频器的结构和工作原理。变频器根据主回路电路结构的不同，可以分为交―交变频器和交―直―交变频器两种结构形式。

交―交变频器又称直接式变频器，它将工频交流电直接换成其他各种频率、电压的交流电。通过轮流控制正组整流器和反组整流器两组整流器，使其交替处于逆变和整流的状态，从而获得所需的频率、电压和电流。由于其控制方式限制了输出频率最高只能达到电源频率的一半，不能高速转动同时造成很高的损耗。因此，只能应用在一些低转速，环境条件恶劣的场所。

交―直―交变频器，其主要构成部分由主电路和控制电路组成，主电路又包括整流部分、直流环节和逆变部分，如图1

图1 交―直―交变频器结构

整流器的作用是把交流电整流成稳定的直流电。

逆变器采用六个可控硅开关器件组成三相桥式逆变电路是最常用的结构形式。按照一定规律接通和断开控制开关器件，可以输出任意频率的交流电，如图2

图2 三相电压型逆变器主电路

直流环节使逆变器中间直流环节和电动机之间就会有无功功率的交换。

控制电路任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器完成各种保护功能等。

二、变频器在机械加工设备中应用现状

1、变频器调速的应用。变频器最初的研发目的在于民用的空调、压缩机等以便于确保调速系统满足电动机的工作需求。通过变频器改变电机供电频率，实现同步转速的调速，从而大幅降低工作成本，同时不会损失机械性能。具有启动、停止、换向平稳的效果；调速系数稳定；启动能耗小；对电网不会产生电流冲击的影响；因此特别适用于多种传动机械设备。我国是一个能耗大国，虽然具有丰富的自然资源，但是对于能源的利用率却相对较低，变频器技术的发展在很大程度上关系到我国节能环保工作效率提高。变频器的应用能够大幅提高电机处于最节能的工作状态。变频机以其优异的节能性能广泛应用于空调设备、电梯控制、供水系统、机械加工、地铁高铁等多个领域，不仅确保了运行精度，同时也降低了成本投入。

2、变频器在机械加工设备中的应用现在。变频器技术由于调控管理界面人性化，具备简单易控的操作流程，受控装置传动平稳性高等特点，目前已应用到多种工业机械设备控领域。变频器的出现在很大程度上提高了电机等电动机械的使用寿命，有效预防噪音污染、降低设备危险的同时，还能进一步提高电子机械的工艺水平及产品质量。在开环控制和闭环控制模式下，电机调速系统稳定性极高，具有平稳提速和安全换向的优势；功率因数与转速呈正比，大幅提升电机使用效率；内部配有微调控器，能够实现一机多控目的；大幅提高电机安全性能。

三、变频器未来的发展趋势

1、向一体化控制方向发展。经过多年的不断突破，近年来很多电器公司已经研制出了DIPIPM模块，该模块的研制成功代表控制电路已经达到了一体化和智能化的水平，高性能化的控制理念也被广泛接受，进而提高了变频技术在各个方面应用的可靠性和节能性。

2、向小型化、减磁噪方向发展。变频器应用属于电器控制系统中使用较高的交换功率设备，随着变频调节技术及变频器集成化方式的不断完善，变频器向小型化方向发展的趋势也逐渐显示出来，变频器逐渐形成体积小，结构紧凑，操作简单且实用性较强。由此而可见，变频器将向集成化的方向发展，提高变频器运行性能的重要意义，提高变频器的集成化程度和运行性能。

四、结束语

变频调速技术的易控、节能、增效的一条有效途径。这一技术正越来越广泛的深入到机械制造、能源开采、运输设备、民用电器的各个领域，采用变频调速装置将使企业获得巨大的经济利益，国民经济可持续发展的需要。