通用变频器及其在控制中的应用探讨

王治军

摘要：在当前工业控制领域，不仅仅局限于液动、气动等运动控制方法，在大部分控制系统中，还会采用电动控制系统，电机是这一系统的最终控制对象，同时也是重要的执行机构。为了对各种感应电机进行有效控制，设计了变频调速器，交-直-交型是其主要结构类型。随着电机控制技术长期发展以来，逐渐形成了通用变频器这一成熟产品，逐渐被广泛应用于机电一体化领域。

关键词：通用变频器;控制工作;应用

引言

在我国工业生产过程中，大部分电机会直接将工频电源作为运行电源，在长时间、部分时间运行中，通常处于轻载状态。当前系统工作需要的输出转矩、较高的电能利用率等，借助传统的变压器降压控制、变极对数控制、机械能耗控制等方面措施都难以予以满足，而借助变频控制器则可以对系统工作要求予以有效满足，并且可以节省大量的电能。

1变频器的结构

在变频器设备中，主要由电路、控制、检测、保护等部门构成，在主电路方面，主要有整流、逆变、滤波稳压等部分组成，并对直流平波电抗器、制动单元以及制动电阻等方面接口进行了预留。在控制部分，主要包括数字信号处理器、高速微控制器等内容，借助这些装置可以对算法的实现、控制的动态调节、PWN信号输出等予以共同控制。在监测部分，主要检测的内容包括电压、电流以及温度等方面数据，判断是否存在超出设定值的情况，从而及时开展系统保护。

在应用过程中，一台变频器一般情况下会控制一台电机，但也可以對多台具有相同工况的电机进行同时控制。在变频器设备中，针对将电机作为最终控制对象包含众多小系统或大系统的构成进行了专门接口的设计，比如无人车间、立体仓库、柔性生产线等大型工业控制系统。

2通用变频器的功能特点

2.1灵活的频率控制

在变频器对电机进行控制过程中，频率和转矩是最基本的两项输出，在变频器设计过程中，针对频率设定功能、频率控制接口等进行了设置的。针对变频器频率输出，可以借助数字键盘进行设定，主要包括基本频率、最大频率、最小频率、启动频率、跳跃频率和宽度、加减速斜率、多段运行频率等等，通过控制键盘的上升和下降键，可以对电机运转就进行随时调整，比如针对正转质量、加减速时间转换、反转指令、多段运行频率选择、复位输入、自由运行等方面进行控制。针对此时的运行频率值，可以借助电压输入0到5V或者0到10V进行设定，或者可以使用4到20毫安的电流信号进行设定。在执行多段运行过程中，可以借助键盘预先设定速度的幅值，针对运行中的那一段，可以借助端子进行控制。

2.2变频器的保护功能

借助变频机的保护功能，可以有效保护自身，并且可以对电机予以可靠的保护，保护功能分为多种类型，主要包括短路保护、电涌保护、保险丝熔断检测、欠压保护、接地保护、瞬间过流保护、电子热保护、直流侧过压保护等等，同时还包括存储器异常检测、键盘通讯检测、外部报警输入、防止失速功能、任选卡通讯检测、瞬停再启动功能、CPU异常检测等方面保护功能。

针对故障信号可以及时接收并处理，其中一部分可以作为接触器和热继电器保护器的动作信号，针对一些瞬间故障，可以借助变频器进行自动处理，实现自恢复效果，其中一些故障不能自动恢复，会在EPROM中进行记录，相关技术人员会查看这些信息，之后对系统进行相应的诊断和维修。

2.3一些重要运行功能

在变频器对电机进行控制过程中，还包括以下几种重要功能：点运动方式;自动频率补偿控制;第二V/F运行功能;自动节能运行方式选择;以及转矩提升功能，这一功能可以切换手动、自动提升等方式，在电机启动过程中，可以对变频器输入转矩予以增大，从而对负载惯性、转子静摩擦力等予以克服;还有矢量控制选择，在一些新型变频器中，比如富士、象日立等等，都设置了矢量运行方式选择这一功能选项，在日立J300系列中，还可以对带传感器的矢量控制、不带传感器的矢量控制方法等予以进一步选择，相比于传统V/F控制，矢量控制具有更好的转矩特性，同时动态响应速度也更快;另外，就是频率跳跃功能，在控制系统中，如果存在机电共振区，在变频器中，会允许用户对跳跃频率点、跳跃频率宽度等进行设定，通常情况下可以对3到5个点的进行设定;载波频率设定功能，在P W.N的载波频率方面，可以实现选择设定，从而对谐波予以降低，在电机运行过程中对损耗、噪声予以降低，在日立J300系列的变频器设备中，可以对直到16kHz的载波频率进行选择;另外，在变频器设备中，还对性能良好的人机界面进行了设计，通常会设置LCD显示、LED显示、仪器以及仪表等方面监控接口。

3用变频器构成控制系统

通用变频器属于开环速度控制系统，在一些没有严格要求的运行条件下，可以结合多段速度运行模式，针对位置实施开环控制，或者可以采用JOG运行方式，实施位置控制;在用户方面，可以自己对外控板进行设计，从而实施闭环控制;通常情况下，厂家方面会对模拟或数字接口选件板、PID控制板等予以提供，比如速度反馈基板，可以对测速发电机、脉冲编码器的信号进行接收，从而实施速度检测、闭环控制等工作。

将变频器多功能输入输出端子、选件控制板等利用起来，有效结合具有完善控制逻辑功能的PLC，可以完成一个中小系统的构建。以之前参与的一项石膏板厂流水线控制系统改造项目为例，在线上布置了多台感应电动机，针对配料机、烘干机以及传送带等设备，提出的要求是需要实现主从控制。在切板和送干燥机的预处理工作中，提出了一定的位置控制要求。在干燥机、传送带之间，需要控制6：1的速度比，针对这些控制功能，通过利用多台变频控制器就可以很好的实现。借助通用变频器、工业控制计算机、可编程控制器等设备可以构建一个三级重大规模的网络化控制系统。通过对中大功率的变频器予以使用，可以对控制自动化水平予以提升，同时在一定程度上实现节能目标，在但部分变频器设备中，对进行了节能运行方式的设计。 日立J300系列变频器中，还设计了自动节能运行方式，在系统运行过程中，可以实现自动优化控制，在对相同力矩进行输出的情况下，可以实现电机损耗、电机电流等方面的有效降低。针对一些大量的风机、泵类等设备，可以表现更为理想的节能效果，运行的电机数量越多，所表现的节能效果越明显。对于一些炼钢、制铝、煤矿、轧钢以及水泥等大型工业生产而言，可以节省很大一部分能源。

结语

在当前阶段我国发展过程中，经济、科技等方面发展水平快速提升，通用变频器设备得到了快速发展，在这项技术中对现代控制理论、微型计算机技术、检测技术、功率器件技术、电机建模理论等方面理论和技术进行了有机融合，从而取得了显著的发展。

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