变频器对变频电机的驱动控制

    张守朋

    摘 要：变频驱动技术是变频电机装置中较为重要的一种技术类型，本文主要从变频驱动技术的系统结构以及工作结构入手，对其在电机控制中的应用情况进行了全面分析，并對相关问题进行了系统的分析和解决。

    关键词：变频器；变频电机；驱动控制

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.132

    随着电子技术的不断发展，科学技术水平的不断提升，工业控制中的控制技术以及交流传动技术也越来越重要。就当前各类技术分析来看，电气传动技术也面临着非常严峻的改革机会，直流调速逐渐被交流调速所替代，传统模拟技术也逐渐被计算机数字技术所取代。交流变频驱动控制技术在实际应用中具有较大的优势，较为显著的主要有安全可靠、设计简单、节能降耗、操作便捷等，且能够有效避免变频器输出共模电压中的低频分量。

    1 变频电机调速系统

    变频电机调速系统主要包含四个部分，分别是整流电路、滤波电路、制动电路以及逆变电路，该电路的输出波形为脉冲方波，其中的主要波形成分为高次谐波，电路中电压发生变化是频率也会按照一定比例进行变化，二者均不可单独进行调整，可见，该电路在实际应用中达不到供电电源的使用要求。

    （1）整流电路。整流电路主要通过三相不可控桥式整流电路进行操作，通过该系统结构将三相交流电传递转换为直流电，进行下一步的电力供应。

    （2）滤波电路。整流电路中转化完成的电流中高次谐波的含量比较高，滤波电路主要是对该电流进行进一步的处理，除此之外，还能够消除逆变电路与整流电路之间的耦合问题，避免电路中出现干扰情况，实现电路中功率因数的意义。当电路接入到电源时，电容两端的电压均为0，导致通电时滤波器电容充电是过大的电流很容易对整流桥中的二极管造成破坏，需要通过电阻的作用避免这一情况的发生，待电流中电流恢复稳定后可将电阻进行短路处理。

    （3）制动电路。制动电路的作用主要是消除电路中的反馈能量，该部分能量主要产生于电机减速过程中转子速度过高甚至超过电机速度，导致过量的动能增加直流母线滤波电容两端的电压，如未能及时进行消除会对变频器造成严重的损害和影响，制动电路的设置能够全面处理抵消此部分能量。

    （4）逆变电路。逆变电路的主要构成是逆变管，能够将原有三相桥式整流电路转换后的直流电进行逆变处理，处理后电路中的幅值和频率都可以进行调整。逆变电路系统在实际应用中主要通过两种方式进行控制，分别为闭环反馈控制和开环反馈控制两种。开环反馈控制在实际应用中主要是为变频器设定一个频率信号，依次来控制变频器的循环的工作，实现对电机的控制[1]。电机在实际工作过程中通过功率控制转速，该转速与给定的转速之间会出现一定的差别，且该误差无法避免，因此，在精度要求较高的电机场所中此控制方式并不适用。闭环反馈控制在是传统开环反馈控制的基础上进行的进一步调整，其调整方式主要是增加了反馈缓解，在应用通过对实际应用的环境可对误差进行调整，以达到预期的输出效果。大部分闭环反馈控制在实际应用中都会安装一个转速传感器，该传感器的安装能够将预测的转速信号进行反馈，并与预期参考值进行对比，根据对比结果进行进一步的调整，降低转速之间的偏差，实现电机的正常运行。

    2 电机变频器控制技术

    （1）电压矢量控制。电压矢量控制在实际电路控制中主要作用于异步电机单相坐标系，对该电路中的胆子电流进行处理，处理方式主要是直角坐标变换，通过对直流电机控制方法进行模仿，以达到直流电机控制量，但是，由于电机参数会对系统性能造成一定的影响，导致其对矢量旋转造成一定的影响，不利于整体效果的控制。

    （2）直接转矩控制。直接转矩控制技术提出于1985年，该技术的提出和发展对于矢量控制中的漏洞有非常重要的平衡作用，且该技术的动静态特性较高，且结构较为简单。随着相关技术研究的不断完善，其在实际应用中的应用面以及应用效果也在不断提升，其在大功率电机车牵引交流传动中的应用无需对交流电机进行处理，变换方式更加简单，应用面更广[2]。

    3 电机变频驱动技术的问题及处理方案

    变频驱动技术在实际应用过程中主要使用普通的异步电机对导数变频电机进行替代，但是大部分异步电机在实际设计过程中主要通过恒定频率以及恒定电压的公共电力网络中获取资源电能，该电能获取方式会导致变频电机与多设计的变频驱动电路出现不适配情况，该不适配情况的出现会导致系统在实际运行中出现脉动转矩，增加对电机的消耗和磨损，且会产生大量的噪声[3]。

    造成以上各类问题的因素主要有以下几点：①变频器的结构技术主要为脉宽调制技术，其在实际输出电压运行过程中会产生大量的高次谐波电流，该类电流的存在会对电机的正常运行造成一定的影响，导致电机运行出现故障等不良情况。②传统异步电机的超速性能较弱，会对变频器的调速范围造成一定的影响。③传统异步电机中的电机与排风扇处于同轴的情况，因此，该电机的散热效果与电机的转速有一定的关系，如电机的运行速度比较低，电机的散热效果也会有所下降，电机温度的升高则会对电机的恒运转造成一定的影响，不利于电机中额定电能的输出和传递。④变频器输出电压中过量的高次谐波会增加对于电机的损耗，加快电机的老化影响电机的正常运行。

    就以上各项类电机变频驱动技术问题分析可见，影响该技术运行的原因有很多中，产生的问题也是多种多样的，需要根据实际的问题选择相适合的解决措施，综合分析来看，解决措施主要有两个方向[4]。首先，需要改善驱动的电源，通过对驱动电源的改善，对逆变器的电流波形和电压波形进行调整，降低该电流中的谐波含量，通过对谐波含量的控制提升电机运行的稳定性，可通过滤波器对谐波情况进行补偿处理。其次，可以从逆变电机入手对变频驱动技术进行完善，但是当前国内外对于逆变电机的研究均未完善，仅能够对传统异步电机起到一定额作用，仍需进行进一步的深入研究，已达到解决变频驱动技术问题的效果。

    4 结束语

    综上可知，电机驱动控制技术未来发展的主要方向为逆变电机，变频器在其发展中的应用起着至关重要的作用，本文就相关技术提出了部分发展意见，以期为相关工作提供部分参考。

    参考文献：

    [1]邹德金.变频器与电动机的效率问题[J].大陆桥视野，2016（24）：

    70-71.

    [2]王新刚.变频器在电机拖动及其控制领域的应用[J].电子制作，

    2016（18）：81.

    [3]王琛，田浩，周雪杨.基于PLC和变频器的多电机速度同步控制[J].电子技术与软件工程，2016（10）：157.

    [4]禹利华.ABB ACS800变频器在低压变频电机和永磁风力发电机试验台上的应用[J].中国新技术新产品，2016（04）：15.