电气控制系统中变频器的研究探讨

2018-06-11郭敏杰

信息记录材料 2018年6期

关键词：磁极对数转矩

王隽，郭敏杰

（沈阳机床股份有限公司电装分公司辽宁沈阳 110142）

1 变频器的特点

普通机床的调速是通过齿轮的配比进行的，这种比较常见且繁琐，同时调速范围不是很大，现在机床可以通过变频器（如图1）调整电动机的速度进行调速。

图1 变频器建模图

电动机变频器是一个高效率、高性能的元件，主要是应用在机床笼型异步电动机上，它的特点就是变速范围广，转矩比较大，在一些比较恶劣的工作环境下，对电动机也可以实现调速，同时还可以节能。

变频器按照调速范围可以分为恒转矩调速和恒功率调速，前者调速是在额定频率下进行的，后者是在频率上调速，按照电动机的负载进行分类，分为恒转矩负载、恒功率负载。

2 变频器工作原理

电动机的速度计算公式如下：

式中：n—电动机转速；

P—电动机磁极对数；

f—电源频率；

s—电动机转差率。

通过上边的公式可以发现电动机的转速是与电动机磁极对数和频率有关，而电动机的结构上，磁极对数不是一个连续递增的数值，所以通过改变电动机的磁极对数进行调速，速度改变不会明确，所以更好的办法就是改变电源频率，而在工业用电中频率又是恒定的，所以变频器就是通过改变电源的频率来改变电动机的转速。

变频器的工作原理是通过内部电力半导体进行电源频率的改变，主要的过程是通过整流器（如图2）把交流电源变换成直流，然后在将这个直流转换成为频率可以控制的交流电源，而变频器的电路组成主要有4个部分，分为整流、中间直流环节、逆变、控制，图3就是一种调速系统图。

图2 变频器整流电路与电流波形图

图3 转差频率控制调速闭环变频调速系统图

3 变频器的应用

变频器在应用的时候会出现干扰，变频器控制回路分为主回路和控制回路，变频器的工作中就会产生谐波干扰源，会对电源和输出的设备产生影响，而变频器的干扰类型可以分为静电耦合、静电感应、接触不良、接地4中干扰，静电耦合干扰解决措施是加大电缆距离，感应干扰措施是将控制线缆与主回路线缆或其他动力电缆分离铺设，接触不良和接地干扰，这两种主要是接线的问题，措施就是排查。

变频器在应用中可能会出现一些故障，主要如下：

（1）过流故障：变频器在使用中变频时候加速的时间太短，电动机的负载发生突然变化，分配不均匀，会造成过流故障，这种情况下会损坏变频器，所以在调速时候时间要延长，外加能耗制动元件；

（2）过载故障、这种故障主要是电动机的载荷过大，长时间负载工作，这种情况是电动机和变频器使用不对，需要更换大功率电动机和相应的变频器；

（3）启动困难、这种情况是电动机驱动的设备转动惯量过大，这种情况可以提高启动转矩；

（4）温升、噪声，原因是变频载波频率值与电动机及其负载形成共振引起的。