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变频器控制交流电动机正反转及多段运行

王月华

(攀钢工程技术有限公司维检分公司 攀枝花 617023)

摘 要：介绍了变频器的基本工作原理，并针对本单位最常用电动机的正反转控制、多段运行控制，设计了具体的程序，借以提高设备维检人员变频器基础知识水平及实际操作能力。

关 键 词：变频器；正反转；多段运行

1 变频器的工作原理

交流电动机的同步转速表达式为：

n=60f(1－s)/p    (1)

式中n——电动机的转速；

f——电动机的频率；

s——电动机转差率；

p——电动机极对数。

由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0~50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

1.1 变频器控制方式

(I)U/f=C的正弦脉宽调制(SPWM)控制方式：其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。

(2)电压空间矢量(SVPWM)控制方式：它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电动机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。

(3)矢量控制(VC)方式：矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia，Ib，Ic通过三相-二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1，It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流)，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。

(4)直接转矩控制(DTC)方式：直接转矩控制是在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。

(5)矩阵式交-交控制方式：VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交直-交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交-交变频应运而生。由于矩阵式交-交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l，输入电流为正弦，且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。

2 变频器控制电动机的正反转

2.1 控制要求

程序设计的目的是了解变频器外部控制端子的功能，掌握外部运行模式下变频器的操作方法，要求如下：

(1)正确设置变频器输出的额定频率、额定电压、额定电流、额定功率、额定转速。

(2)通过外部端子控制电动机启动／停止、正转，反转，打开“K1”、“K3”电动机正转，打开“K2”电动机反转，关闭“K2”电动机正转；在正转／反转时关闭“K3”，电动机停止。

(3)运用操作面板改变电动机启动的点动运行频率和加减速时间。

2.2 控制电路的设计

2.2.1 涉及设备

涉及设备见表1，变频器参数见表2。

2.2.2 电路的设计

电路设计见图1。

2.2.3 实际探作步骤

检查设备中器材是否齐全。按照变频器外部接线图完成变频器的接线，认真检查，确保正确无误。打开电源开关，按照参数功能表正确设置变频器参数。打开开关“K1”，电动机正转。关闭开关“K1”，打开开关“K2”，电动机反转。打开开关“K3”，电动机停止。

3 变频器控制电动机多段运行

3.1 控制要求

(1)正确设置变频器输出的额定频率、额定电压、额定电流、额定功率、额定转速。

(2)通过外部端子控制电动机启动／停止、正转／反转，打开“K1”、“K3”电动机正转，打开“K2”电动机反转，关闭“K2”电动机正转；在正转，反转时，关闭“K3”，电动机停止。

(3)运用操作面板改变电动机启动的点动运行频率和加减速时间。

3.2 控制电路的设计

3.2.1 实验设备及参数设置

本次实验的设备见表1，对变频器的参数设置见表3。

3.2.2 电路的设计

变频器控制电动机多段运行的外部接线图与控制正反转接线图相同，只是变频器的参数设置不同，电路设计见图1。

3.2.3 实际操作步骤

检查设备中器材是否齐全。按照变频器外部接线图完成变频器的接线，认真检查确保正确无误。变频器的L、N接口接三相电源的W相和地线。打开电源开关，按照参数功能表正确设置变频器参数。切换开关“K1”、“K2”、“K3”的通断，观察并记录变频器的输出频率。各个固定频率的数值根据表2—4选择。“K1”、“K2”、“K3”有三种不同组合频率，DIN1，DIN2，DIN3的输入不同，通过变频器的内部结构，输出分别有5Hz，10Hz，20Hz，25Hz，30Hz，40Hz，50Hz。

4 结束语

通过实际程序的制定、培训和实施使设备维修人员变频器基础知识有了很大的提高，大大提高了操作的能力。

参 考 文 献：

[1]   姚锡禄.变频器控制技术与应用.福建科学技术出版社，2005.