变频器的控制对策及应用分析

王一凡

(机械工业第四设计研究院，河南 洛阳 471039)

变频器的主要目的是节能调速和工艺调速，节能调速主要用于风机、泵类机构的转速控制，相对与传统的调速方式能够节约30%—40%的能量，而工艺调速主要是根据工艺要求对设备进行调速，能够实现电机设备的软启动。总之，变频器的应用不仅能够减少控制系统的设计时间，提高控制系统的精确度和可靠性，还能够减小电机设备电流对电网的冲击，延长设备的使用寿命，降低维修成本，提高工作效率。近年来，为了贯彻落实可持续发展观，贯彻落实节能减排，变频器在煤矿、钢铁、运输、防止等行业的应用越来越广泛，因此，企业要达到节约能耗、扩大经济效益的目的，就需对变频器采取有效的控制措施，使变频器在企业中的节能应用更合理、更高效。

1 变频器的工作原理

变频器是一种电能控制装置，其工作原理是利用电力半导体器件的通断作用，将工频交流电压转换为直流电压或者频率可变的交流电，使电机获得无极调速所需的电压和电流。变频器能实现无附加转差损耗的高效调速，能根据电机负载量的变化，实现自动、稳定的增速和减速，它在很大程度上提高了电机的工作效率，在相关企业的发展中具有不可替代的作用。电机的磁极对数是固定不变的，所以，改变磁极对数的数值并不适用于调节电机的速度，为了自由的控制电机的速度，电机的磁极对数可以在电机的外面调节后再进行供电，由于仅改变频率，电机易被烧坏，所以，还需改变电机的电压。变频器能在改变电机频率的同时改变电机的电压，通过改变输出电源的频率和输出的电压来调节电机的旋转速度，有效的防止电机烧坏事故的发生。

2 变频器的控制对策

2.1 进行SPWM控制

SPWM是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压，有能力对整个系统进行检测、保护和控制。SPWM控制作为一种全新的控制策略，是在双DSP控制的的全数字化交流系统的运行上发展起来的，广泛地用于电动机调速和阀门控制。对变频器进行SPWM控制，能够优化变频器的使用方案，对降低变频器谐波对电机的影响、减小共模电压频率、降低变频器的运行成本、提高运行效率、保障电机运行的安全可靠具有至关重要的作用，基于SPWM控制的变频器具有电路简单、功能齐全、高可靠性、高性能价格比等优点。

2.2 进行V/F控制

变频器的V/F控制即频压控制，是通过调整变频器输出侧的电压频率比，来改变电机在调速过程中机械特性的控制方式。异步电机在负载转矩不变的情况下，降低频率使电机的转速下降，将导致输出功率下降，而由于电机的输入功率与频率之间并没有直接的联系，所以，频率下降将会导致输入功率与输出功率之间的失衡，这样就会使电磁功率大幅度增加，电机的磁路严重饱和，励磁电流的波形严重畸变，将产生很大的尖峰电流。因此，变频器在降低频率的同时要相应的将输出电压也降低。为了保证变频器在低频运行的同时降低输出电压，保证电机能输出足够的转矩拖动负载，要根据不同的负载特性适当的调整V/F比，得到需要的电机机械性能。V/F控制简单，通用性好，不过由于调速精度比较低，调速范围小，所以，一般将这种控制对策应用于对调速精度和动态响应要求不高的场合。

2.3 进行矢量控制

矢量控制变频器主要是通过测量和控制异步电机定子电流矢量，模仿直流电机的控制方法，求得直流电机的控制量，根据磁场定向原理分别对异步电机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而实现对异步电机转矩的控制。这种控制方法具有精度高、低转速输出转矩大的优点，矢量控制方法的提出具有划时代的意义，主要适用于要求快速响应或对起动、制动有严格要求的场合。

3 变频器的应用

3.1 选择变频器的应遵循的原则

通常，一台变频器能够控制多台电机，这就要确定多台电机是分期工作还是同时工作，变频器电流量的选择必须能够负载多台电机的同时运行，这样才能够保证变频器的工作效率;选择变频器的时候，其输出功率和电流不应小于被驱动异步电机的功率和电流;变频器的选择还要根据被驱动电机的具体用途和型号进行选择。

3.2 变频器的维护

首先，要加强日常检查，从变频器外部条件的变化情况来检查其运行状况，检查内容包括：变频器的安装环境是否有异常现象;电源电压是否符合变频器的工作电压;变频器和电机工作的时候是否有震动、噪音的异常现象;注意变频器和电机的工作时间，检查其工作时间是否过长，在运行过程中是否有过热、元件变色的现象，冷却系统是否正常。其次，要进行定期维护，无论是什么机械设备，工作时间过长、工作环境不良等因素都会引起设备及元件的老化、磨损等，变频器在使用过程中必然也会出现元件磨损、老化和异常故障的发生，所以，加强对变频器的定期保养和维护，以便及时发现老化元件和异常故障，并及时进行对老化、磨损元件的更换和异常故障的维修。

需要注意的是，变频器的养护和维修要在变频器停机和所有电源都切断后才能进行，不应在变频器的工作过程中检查电路信号，避免不必要的事故发生;如果变频器发生故障但是显示的却是无故障的时候，不要轻易通电，应确保故障并查找故障原因;不应随意改变变频器的初始设定值。

3.3 变频器应用时应注意的问题

(1)电磁干扰

在电焊机、电解电源等高频冲击负载的场合，电网的谐波非常大，变频器在运行的时候，也会在输入或输出回路产生电流谐波，这些谐波将会对比如微机、PLC的电子元件产生一定的干扰，电网的质量也会受到一定的污染。如果干扰问题不处理好，微机系统和PLC系统的工作就得不到保障，对变频器本身也具有很大的破坏力，因此，必须注意电磁干扰问题，并要采取有效的措施，比如，变频器和其他元件接地要可靠，接地线应在保证变频器和元件正常运行的情况下尽量缩短;控制信号要使用屏蔽电缆，信号电缆和交流电源线不应平行拉接，变频器到电机的电缆屏蔽接地要尽量缩短。

(2)运行环境

很多工业生产在使用变频器的时候并没有将变频器安装在专用机房，而是直接安装于工作现场。工业生产的工作现场大多灰尘大，温度高;不同的行业，工作现场的环境条件也是不一样的，比如印染行业有粉尘、腐蚀性气体，线缆行业有金属粉尘，所以，变频器的安装必须针对不同的工作环境做出适当的调整;由于变频器在运行的时候，最高允许运行温度在50℃，运行环境的温度越高，变频器越容易出现问题，所以，安装变频器的时候要考虑散热问题，变频器最好直立安装，并要留有一定的散热空间。

4 结语

总之，变频器在工业生产、农业生产中都能被应用，变频器的应用能有效的降低耗能，节约成本，提高工作效率，提高电机使用的安全性、可靠性和高效性，对提高企业的经济效益和产品质量有着深远的意义。为了贯彻落实科学发展观和节能减排的目标，适应低碳时代的发展要求，必须对变频器采取有效的控制措施，严格变频器的应用过程，为企业实现经济效益、社会效益和生态效益多收的目的奠定坚实的基础。

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