变频器对变频电机的驱动控制

丁玲娟

摘要：变频驱动技术就目前而言具备很多优点，比如节能降耗、设计简单与安全可靠等，并且广泛应用于电机驱动控制中。为了解决变频器输出电压含有高次谐波的问题，本文通过对变频技术原理和结构进行简单的介绍和分析，探讨了电机控制中变频驱动技术的应用，本文主要针对电机与变频控制系统最佳匹配性问题，同时解决的过程中提出一些合理的建议。

关键词：电机;变频器;驱动控制

引言

随着经济、科学技术的发展，电子电力、计算机以及自动控制技术在不断地成熟，而在工业控制方面，交流传动和控制技术已经成为了非常重要发展趋势。随着计算机时代的到来，以计算机为基础的数字化技术正在逐渐取代模拟技术，科技的发展使得交流调速取代直流调速，这也是时代的主题，同时也是现阶段电气触动技术面临的一场重大革命。交流变频技术已然成为当下最主要的发展趋势，其特点节能降耗、很可靠、设计简单、利于应用等。在改革之前传统电机对于谐波的考虑可以说几乎是没有的，但是由于谐波对于电机的运行性能有着不小的影响，所以以前在使用传统电机时，虽然可以有很好的节能效果，但是始终无法达到理想的运行性能，在之前一直让不少人感到困惑。所以由变频驱动技术控制的异步电机的现在的研究有着非常大的意义。

1、电机驱动控制系统的工作原理

变频器通过RS485接触口接收主控系统的指令，比如风扇的转动信号，主要通过计算机远程启动与停止变频器，由此通过RS485接口将转速信号转变给主控计算机。通常转速电缆与变频进行连接以后，风扇转动后，其转速通过传感器采集给变频器，实现对风扇转速进行封闭性控制，风扇速度在0r/min～5500r/min之间时，精度为±5r/min，风扇最快速度为5500r/min，同时，根据实际情况风扇的控制精度是可以调节的。通过变频器与电机的闭环操控，是可以控制变频进而达到控制风扇转速。

由整流电路、滤波电路、制动电路等组成的变频器调节系统，以电压的波形为脉冲方波作为输出，不过这种形式含有大量的高次谐波成分。

2、变频电机调速系统

2.1变频电机调速系统原理

实际运用中该电路还是达不到供电电源的使用要求，其电路中的电压与频率会按照一定的比例来进行变化的，两者不可单独进行调整，采用变频调速系统驱动电机时，可以通过无极调速，具体体现在以下几点：

2.1.1整流电路：整流电路主要采用三相不可控桥式手段进行运作，将三相交流电通过转换形成直流电，为接下来的操作提供电能。

2.1.2滤波电路：采用滤波电路处理整流后含有大量高次谐波电压。除此之外还能消除电路与逆变电路之间的结合，进而达到增加功率倍数，消除干扰的作用。

我们都知道电流冲击过大，会导致整流桥的二极管损坏，而在电机中，在接触电源时，由于电压两端为零，上电瞬间滤波器电容充电时电流的冲击会非常的大。所以，要在上电的时候将电阻Rs串联接到直流母线中，以此来限制充电电流。

2.1.3制动电路：电路中反馈能量会对变频器造成非常大的损害和影响，如果不能消除，那么对于电动机的损害会非常的大，那么制动电炉的作用就显现出来了，动电路的设置能够全面抵消此部分能量，这部分能量很大一部分是因为电机减速过程中电机与转子的速度差造成的，一旦转子的速度过高或者超过电机速度，导致过量的动能增加直流母线滤波电容两端的电压，进而损害变频器。

2.1.4逆变电路：逆变管由V1-V6组成的三相桥式整流电路将直流电转换成频率和幅值都可调的交电流。逆变模块的开关控制信号经常采用脉宽调制技术方式来实现。其中调速系统有两种方式可调控分别低开环控制和反馈控制。对于开环控制主要通过对转变速度偏差要求的不同场地，转速的精确度并不是调节重要变量。为了实现对电机的控制，开环控制会给变频器一个信号，根据信号变频器回去调节技术处的相应频率。有一点需要注意，在一些对转速精度要求高的多的开环控制并不适合，因为电机的转速与定转度有着一定的误差，而开环控制毕竟是电机本身的控制，对于这种误差无法进行自动调节。一般开环控制的自动调节无法精准调控。而闭环反馈控制在精确控制方面却有着更好的表现，在开环的基础上增加反馈环节，由反馈信息再次控制，已达到精准控制的效果。

2.2变频器控制技术

2.2.1.直接转矩控制。此项技术是1985年鲁尔大学第一次提出的。这项技术之所以有效解决以上问题矢量不足问题，并且有简单结构特点。经过之前一直不断改变，这项技术已经在大功率电力机车牵引流传中得到了广泛的运营。

2.2.2矩阵式交-交控制。这项技术与上面两项技术不相同，直接挑战了交-直-交变频控制输入功率因数低，谐波电流大，除此之外，这种控制方法还省去了中间直流环节，因此极大性质降低了成本。传统的异步电机主要是通过控制电流或者瓷量等方法间接地控制电机驱动，而上面这种方法省去了中间的过程，采用直接控制的方法，大大降低了消耗，在降低成本的同时，还更加具有了比较高的启动转矩，而当电机启动时，其输出的转矩达到了150%-200%，效率高，极大地提高了相应速度。

3、电机变频驱动技术的问题及处理方案

现阶段大部分的异步电机都是通过恒定的电压和频率在公共网络中获得电源，由于变频驱动技术还不成熟，所以在变频驱动技术的实际应用中，有很大一部分都是用传统的异步电机替代导数变频电机使用的。这就导致出现了多种情况，会出现电能获取方式与设计中的变频驱动电路出现不适配情况，这样就会导致系统在实际运行过程中出现转矩不够现象发生，产生噪音，甚至是增加对电机的消耗和磨损。

造成以上问题的原因有一下几点：第一点电机的老化影响电机的运行，变频器输出电压过程中谐波会增加电机的损耗。第二点变频器调速范围，传统异步电机有着较弱的超速性能，這样对于变频器调速范围造成不小的影响。第三点对电机的正常运行造成影响，变频器的机构技术主要是脉宽调制技术，实际运行过程中产生大量的次谐波电流，这种电流可能会导致电机出现故障等原因，严重影响着电机的正常运行。

通过上面就可以看出影响技术运行的原因有很多，出现的问题也有很多，结合实际情况根据不同的方式采取不同的解决措施，整体来看解决措施大体分两个方向。第一个从逆变电机入手对变频驱动技术进行改善，但是现阶段国内的逆变电机的完善尚未结束，还未达到完善的地步，仅仅能够对传统电机起到有限的作用，研究的进程仍然需要加速，以便达到解决问题的地步。第二点也是现阶段可用的一点，那就是改善驱动电源，通过对逆变器的电流波形和电压波形进行调整，降低该电流中所包含的谐波数量，以减少对电机的损耗，进而提升电机的运行稳定性，可通过滤波器对谐波进行补偿。

结语

异步电机采用电频器供电，其性能与传统电机大体相同，但是运行效果更好，这与电机的本体和调速系统的设计密切相关，第一变频调速电机的设计和调速系统;第二变频调速异步电动机的设计会变的非常灵活。在未来电机驱动的发展趋势中，采用逆变器实现逆变电机的控制是非常重要的组成部分。本文通过对电机变频调速系统原理、结构、和技术的分析，结合现实中存在的驱动电源不匹配问题，提出了解决措施，对改善电机驱动有着非常好的现实意义。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，以期为相关工作人员提供部分参考。

参考文献

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[2]程树康，蔡鹤皋.新型电驱动系统及相关技术[M].机械工业出版社，2005，6.

[3]吴红星.电机驱动与控制专用集成电路应用手册[M].中国电力出版社，2009，7.