探究变频器对变频电机的驱动控制

 探究变频器对变频电机的驱动控制

刘超  ,王一茹

中车永济电机有限公司   山西省运城市永济市  044500

摘要：在电机驱动控制中，变频驱动技术是应用最为广泛的一种。这一技术充分符合了环保理念，实现了节能减排的作用，具有运行可靠、安全性高以及设计简单等特点，因此也是当前电机驱动中最为常见的一种技术。

关键词：变频器；变频电机；驱动控制

1变频器工作原理

变频器是由多种电力电子器件组成的一种设备，电力电子器件的功能是在电路中进行通断以及变流的器件。变频器的核心作用就是变流。变频器通过不同的控制方法所得到的调速结果也是不同的。控制方式可分为开环控制和闭环控制，开环控制中，电压和频率成正比例控制，闭环控制中又分为转差频率以及矢量的控制。变频器运行时电路有交流－交流变频以及交流－直流－交流变频两种，其工作原理为用整流器将交流电变为直流电，用逆变器将直流电变为交流电，相互之间可调。

2变频电动机的特点

2.1电磁设计

电磁设计方式主要包括以下几个方面，首先需要减小定子和转子的电阻，设计过程中适当地减少定子电阻可以适当地降低铜耗，有助于弥补高次谐波多产生的铜耗，在两者之间形成互补。其次是增加电感，主要是用于限制电流中所产生的高次谐波，最大程度地降低铜耗。但此过程中很有可能出现增大转子槽漏抗的现象，也会因此产生高次谐波铜耗，所以在设计电机漏抗大小的时候，要对整体阻抗有良好的适应性，保证其合理性。最后在变频电动机中如果主磁路不饱和，那么进行电磁设计的时候需要对处于不饱和状态的主磁路进行，充分考虑产生高次谐波之后所造成的磁路饱和问题，另外要提升变频器的输出电压，以提高输出转矩。

2.2结构设计

变频电动机的结构设计需要考虑到非正弦波电源对变频电动机的绝缘结构、振动强度以及噪声强度等方面的影响，以下问题需要注意：①绝缘等级。绝缘结构的等级通常为F级或以上，尤其要注意到绝缘体对电压冲击的承受能力。②刚性。关于电动机的噪声以及振动强度等问题，要注意电动机结构的构件以及其刚性，尽量提高电机频率，以免发生与各磁力波共振的情况。③冷却方式。电动机运行的冷却方式要选择强迫通风，电机的散热风扇尽量用独立的电机驱动器。④轴电流。如果电机的容量超出了160千瓦就要采用轴承绝缘措施限制轴电流，防止磁路的不对称，如果轴电流加大，会对轴承产生很大的负担，损坏轴承使用，因此有必要用绝缘措施阻止轴电流的产生。

3变频电机驱动控制系统的工作原理

变频电机驱动控制系统整体结构架构图如图1所示，从图中可以看出该系统主要由以下四个部分组成，分别是整流电路、逆变电路、制动电路和滤波电路。这些电路产生的波形主要以脉冲方波为主，该波形内部主要由高次谐波组成，波形频率会随着电路中电压的变化而变化。该系统的工作原理如下：变频器通过利用RS485接口，对主控系统发出的命令进行接收，如风扇在转动的过程中，会产生转速信号，主控计算机利用RS485接口，对变频器的启动或者关闭进行远程操控，此时，变频器通过利用RS485接口，向主控计算机系统发送和传输自身产生的转速信号。变频器的作用在于实现电缆与变频电机的有效连接，在变频器的应用背景下，相关人员可以采用信号转换的方式将电机驱动液压泵产生的大量脉冲信号进行转换处理，然后，利用风扇转速将转换后的脉冲信号发送和传输给变频器，由变频器对，风扇的实际转速进行准确统计、计算和读取，并采用闭环的方式对风扇转速进行全面控制，使得风扇最高转速达到5500r/min，控制精度范围在5545r/min—5555r/min之间，此外，为了更好地保证控制精度的准确性，相关人员要在有效结合实际情况的基础上，对风扇的控制精度进行科学合理的调整。因此，变频电机驱动控制系统具有非常高的应用价值和推广价值，被广泛地应用于电力行业中，并取得了良好的应用效果。

图1变频电机驱动控制系统整体结构架构图

4电机变频器控制技术的具体应用

4.1电压矢量控制

电压矢量控制通过读取定子电流的坐标变换实现，需要根据直角坐标对电机的三相坐标实施电子电流同步变换。在这项操作中，需要根据实际同步改变电流矢量，然后根据需要改变两相静止坐标电流。充分考虑直流电机控制方式的基本要求，了解坐标变换的具体规定，从而充分掌握异步电机控制的实际情况。另外，在采用这一方法过程中需要单独控制转速和磁场，并充分考虑两个分量实际情况。在实际操作时还需要充分考虑不同参数所带来的不同影响。适量变化本身具有较高的复杂性，在变换过程中如果没有按照相应要求就很难实现预期的效果。

4.2直接转矩控制

直接转矩控制技术具有结构简单、动态性强等特征，该技术的应用可以有效弥补电压矢量控制的局限性，因此，被广泛地应用于大功率电机转动控制中。在直接转矩控制技术的应用背景下，通过采用建立数字模型的方式根据定子坐标相关标准和要求，实现对交流电机相关模型的构建，避免了对计算部分矢量繁琐环节，因此，具有非常高的应用价值和应用前景。

4.3矩阵式交流电控制

在变频电路中，交－直－交变频控制通常表现出较低的输入功率和较高的谐波电流，这对电机容量的要求更高。针对变频控制技术中的这一不足可以有效改进矩阵式交流电流控制技术，实现电网的能量循环反馈。矩阵控制方法可以直接消除直流换流环节，从而有效控制成本，并且实现了更高的效率。在应用这种方法过程中，摆脱了对控制电流、磁链驱动电机的依赖，可以对转矩直接进行控制，并且可以更为理想地控制转矩精度。

5变频调速方式的技术优势

①实现了无级调速。因为变频电机使用的变频器能够控制电机的调速方式，原理上可以运行任何一种转速，调速时具有很好的平滑性，精度也相对高一些。当电机处于低速运转时，能够输出较大的转矩，这可以缩短电机启动时的响应时间，提高电机的启动速度。②启动时需要的电流较小。电机在启动时会产生较大的电流和振动，对电机的性能是有一定的损耗的。相比于直流电机使用时产生较大的启动电流冲击电网来说，变频调速对电网的冲击性小，节能效果强，对电网的容量大小要求没那么严格，能够延长电机设备的使用年限。③变频电机的体积小。传统直流电机体积非常大，而且运行效率不高，容易产生错误，变频调速电机的体积小很多，而且结构简单，生产成本低，后期维护使用更加方便，具有更大的推广价值。④节能效果好。基本上所有的机械设备在设计时都会对驱动功能留出一部分富余量。普通电机在低速运行时，多余的转矩会加大消耗功率，浪费电能，变频调速电机转矩要求小的同时也会较小输出的功率，电能利用更加充分，避免能源的浪费。

结语：

总之，为了更好地控制电机的运行速度，确保电机能够稳定、可靠、安全地运行，相关人员要在变频器的应用背景下，对电机的驱动进行科学控制，以充分发挥和利用变频器的节能降耗、控制变频等优势。同时，相关人员还要树立与时俱进的思想观念，不断学习与变频器相关的新知识和新技术，提高自身的专业能力和职业素养，为进一步提高和拓展变频器的应用价值和应用前景，提高电机驱动控制效果贡献自己的力量。

参考文献

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[3]黄莉明，陈金刚.变频器在电机控制系统中的选择与应用[J].防爆电机，2020，55（3）：47-50.