电气控制系统中的变频器应用与研究

郭长帅

摘 要：变频器是电力系统中对主轴速度具有调控功能的一种关键元器件，它是改善控制器特性的一种措施。为此，本章以电力管理系统中的变频器概述为开端，着重研究其工作机理和具体使用，希望给有关工作人员带来必要的借鉴和帮助，提高相应的配置和维修技术水平。

关键词：电气控制系统;变频器;应用

引言：在常规的直流输出传动系统中，由于在直流输出电动机中机械式回转器存在着很大的局限，致使在具体使用中产生了许多缺陷。而在近年来，随着变频器技术的进展和完善，开始大规模运用在直接转矩控制以及矢量控制等技术当中，其调速特性和传统直流传动的工作模式虽无明显区别，但局限性也较少，因此变频器逐步被应用在各种智能化装置当中。

一、电气控制系统中的变频器概述

变频器一般又可分成直接变频转换器和间接变频转换器，但二者变频器配置方式及所形成的电源变化方式都存在着根本不同。这两类变频转换器中的中间集成电路、逆变器、调节集成电路、放大设备等的基本构成，均能将交流电转换为直流电，并完成直流存储、控制信息传递等基本功能。其中，整流电路还可形成直流电压脉动，主要包括了可控、不可控二个种类，它们所通过的都是与单相和三相交流电源串联。简要而言逆变器便是利用逆变电压，把已进行过的直流电，再转变为交流电，为后继变换打下了基石。电机反馈信号回路是监控集成电路的功能，而监控集成电路则一般包含了对电流电压检测、保护逆变器和整流器、计算电流等功能，它们以电网的反馈信号为主要技术基础，对电动机负载电流和工作频率实施管理，使其维持在正常、可靠的工作范围内。

二、电气控制系统中的变频器应用

1.电气控制系统应用变频器的特点

在目前的实际机床系统中，高性能、高效率等是变频器运用在电气控制系统中的主要优点，其核心功能就是对电动机实现调速、变频。另一方面，由于变频器大多运用在机床或笼型的异步电动机中，可调节范围广泛，但扭矩差很大，其节电性好，而且即使是在实际工作环境条件特别严酷、危险性的状况下，也能有效完成对电机的调速、变频。但是，由于恒功率调速和恒转矩调速均可利用变频转换器进行，即前者可直接使用频率实现调速，而后者则可利用电动机频率进行实现。所以，若从电机负荷能力方面加以考察，则可以将其分成恒转矩负载、恒输出功率两种。

2.电气控制系统应用变频器的原理

根据调整电机转速的计算公式可得，发动机速度变化和调整电动机地球磁极对数、频次存在着很大关系。不过，由于发动机地球磁极对数并没有一个持续递增的数值，所以很容易出现在采用调整发动机的地球磁极对数来调速时，转速变化反而不明显的问题。基于此，调整用电频次是比较切实可行的方法，加之在汽车制造业中用电频次一般是比较稳定，所以透过使用变频器调整用电频次，来实现对发动机的调速，是比较好的一个对电动动机调速方法。也应该说，变频器的基本原理便是使用其内置整流器将原来频谱可不控的交流电转换成直流电，而后再使直流电转化为原来频谱可控的交换电，进而达到调速、变频的效果。

3.电气控制系统应用变频器的设计安装

当在电气系统内设置的电机变频器时，不但要设计、配置变频控制器，而且还要设计、添加适当的变频电控箱。为了电气工程师对于即将配置的自动变频器实际使用条件有更清楚了解，要在自动化电气控制箱处较为中间的地方，进行垂直设置自动变频器，以确保其安放方位适当，且并没有遮挡在其正上方和正下方的排风、进风等部件。同时，所有必要大部件间的距离;电气控制系统柜顶和隔板之间的距离;变频器上、下边缘之间的距离等，均须至少保证在30cm以上。

4.电气控制系统应用变频器的具体内容

以某厂的给水热处理泵房结构施工为例，在该工程施工项目中所涉及的自动化电气控制装置还有测温测速制动柜、自动元件、备品配件;以及水轮机的自动元件、备品配件等。工程项目主要包含了工程设计、生产、安装、测试、检验等环节。同时，根据实际工地所处的地理环境、工程项目设计等多方位条件，还需要安装各种可以采用变频器装置实现调控的水泵，从而能够根据水泵电流频率、水泵速度、流量等技术参数实现变频调控。另一方面，在使用变频器实现变速调控的过程中，还必须着重考察水泵转速下降幅度。且应最大限度避免运行动力机发生超载，从而规避机组震动、设备损坏等问题的发生。另外，变频器的转速调整系统对设备运转也有着良好的辅助调节功能。这主要是因为由于转速每一个出现调整后，水流速也相应发生变化，所以就必须增加或减小水泵速度，以保障工程建设中的用水需要，对于泵站设备而言，也具有良好的调节效益。同时，在各级泵站中使用变频器时，不但能够对各梯级提水流量实现相对容易的管理，而且还能减少弃水、断流等事件的出现，且对于工程节水减排、降低成本等方面也产生了一定的辅助效应，为整个工程运转的安全、稳定性等方面提供了一定保证。

三、变频器在数控机床中的故障与维修

数控机床主轴通过变频器来控制时，变频器就必须和控制设备协同实现对电机主轴的控制变化。另外，一旦故障出现在变频器工作过程中，就能够通过工作等的灭与明进行判别，也就可以直接通过明与熄灭时间判别了，但最重要的判别方法还是针对机械上的报警信号判断，所以一旦有需要的话，在发现并排除故障时就可以直接按照说明说进行。接下来我们将以一个例子，对其进行全面剖析。

如变频器表示面板接通了却无显示器数据。故障现象：当机械接电后，轴线不转，显示器面板也不能自动显现。诊断分析：（1）要仔细检查一下伺服驱动单元与传动轴线中间的线路、数控机床的设备，只要无问题。（2）测试变频器和进口电源设备。（3）一旦测试供电设备无问题，就可以判断出现故障原因来自变频器。

检测方式分析：针对智能变频器来说，则首先必须对内部的整流模块进行仔细检测，看其有无严重破损，在断电状态下，可以通过万用表进行外部电阻的检测，其重点检测对象是整个智能变频器的直流输出端、三相入口、出口端外部电阻，如果所检测的外部电阻为七，则说明内部整流模块并无问题，然后检测整个智能变频器，可以看見内部整流的二极管有严重击穿情况，这就会造成电源不能使用，甚至显示器面板上无数据的问题。

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