電氣控制系統(tǒng)中的變頻器應(yīng)用與研究

郭長帥

摘 要：變頻器是電力系統(tǒng)中對主軸速度具有調(diào)控功能的一種關(guān)鍵元器件，它是改善控制器特性的一種措施。為此，本章以電力管理系統(tǒng)中的變頻器概述為開端，著重研究其工作機(jī)理和具體使用，希望給有關(guān)工作人員帶來必要的借鑒和幫助，提高相應(yīng)的配置和維修技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：電氣控制系統(tǒng);變頻器;應(yīng)用

引言：在常規(guī)的直流輸出傳動系統(tǒng)中，由于在直流輸出電動機(jī)中機(jī)械式回轉(zhuǎn)器存在著很大的局限，致使在具體使用中產(chǎn)生了許多缺陷。而在近年來，隨著變頻器技術(shù)的進(jìn)展和完善，開始大規(guī)模運(yùn)用在直接轉(zhuǎn)矩控制以及矢量控制等技術(shù)當(dāng)中，其調(diào)速特性和傳統(tǒng)直流傳動的工作模式雖無明顯區(qū)別，但局限性也較少，因此變頻器逐步被應(yīng)用在各種智能化裝置當(dāng)中。

一、電氣控制系統(tǒng)中的變頻器概述

變頻器一般又可分成直接變頻轉(zhuǎn)換器和間接變頻轉(zhuǎn)換器，但二者變頻器配置方式及所形成的電源變化方式都存在著根本不同。這兩類變頻轉(zhuǎn)換器中的中間集成電路、逆變器、調(diào)節(jié)集成電路、放大設(shè)備等的基本構(gòu)成，均能將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并完成直流存儲、控制信息傳遞等基本功能。其中，整流電路還可形成直流電壓脈動，主要包括了可控、不可控二個種類，它們所通過的都是與單相和三相交流電源串聯(lián)。簡要而言逆變器便是利用逆變電壓，把已進(jìn)行過的直流電，再轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，為后繼變換打下了基石。電機(jī)反饋信號回路是監(jiān)控集成電路的功能，而監(jiān)控集成電路則一般包含了對電流電壓檢測、保護(hù)逆變器和整流器、計算電流等功能，它們以電網(wǎng)的反饋信號為主要技術(shù)基礎(chǔ)，對電動機(jī)負(fù)載電流和工作頻率實施管理，使其維持在正常、可靠的工作范圍內(nèi)。

二、電氣控制系統(tǒng)中的變頻器應(yīng)用

1.電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用變頻器的特點(diǎn)

在目前的實際機(jī)床系統(tǒng)中，高性能、高效率等是變頻器運(yùn)用在電氣控制系統(tǒng)中的主要優(yōu)點(diǎn)，其核心功能就是對電動機(jī)實現(xiàn)調(diào)速、變頻。另一方面，由于變頻器大多運(yùn)用在機(jī)床或籠型的異步電動機(jī)中，可調(diào)節(jié)范圍廣泛，但扭矩差很大，其節(jié)電性好，而且即使是在實際工作環(huán)境條件特別嚴(yán)酷、危險性的狀況下，也能有效完成對電機(jī)的調(diào)速、變頻。但是，由于恒功率調(diào)速和恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速均可利用變頻轉(zhuǎn)換器進(jìn)行，即前者可直接使用頻率實現(xiàn)調(diào)速，而后者則可利用電動機(jī)頻率進(jìn)行實現(xiàn)。所以，若從電機(jī)負(fù)荷能力方面加以考察，則可以將其分成恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒輸出功率兩種。

2.電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用變頻器的原理

根據(jù)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的計算公式可得，發(fā)動機(jī)速度變化和調(diào)整電動機(jī)地球磁極對數(shù)、頻次存在著很大關(guān)系。不過，由于發(fā)動機(jī)地球磁極對數(shù)并沒有一個持續(xù)遞增的數(shù)值，所以很容易出現(xiàn)在采用調(diào)整發(fā)動機(jī)的地球磁極對數(shù)來調(diào)速時，轉(zhuǎn)速變化反而不明顯的問題?；诖?，調(diào)整用電頻次是比較切實可行的方法，加之在汽車制造業(yè)中用電頻次一般是比較穩(wěn)定，所以透過使用變頻器調(diào)整用電頻次，來實現(xiàn)對發(fā)動機(jī)的調(diào)速，是比較好的一個對電動動機(jī)調(diào)速方法。也應(yīng)該說，變頻器的基本原理便是使用其內(nèi)置整流器將原來頻譜可不控的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，而后再使直流電轉(zhuǎn)化為原來頻譜可控的交換電，進(jìn)而達(dá)到調(diào)速、變頻的效果。

3.電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用變頻器的設(shè)計安裝

當(dāng)在電氣系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的電機(jī)變頻器時，不但要設(shè)計、配置變頻控制器，而且還要設(shè)計、添加適當(dāng)?shù)淖冾l電控箱。為了電氣工程師對于即將配置的自動變頻器實際使用條件有更清楚了解，要在自動化電氣控制箱處較為中間的地方，進(jìn)行垂直設(shè)置自動變頻器，以確保其安放方位適當(dāng)，且并沒有遮擋在其正上方和正下方的排風(fēng)、進(jìn)風(fēng)等部件。同時，所有必要大部件間的距離;電氣控制系統(tǒng)柜頂和隔板之間的距離;變頻器上、下邊緣之間的距離等，均須至少保證在30cm以上。

4.電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用變頻器的具體內(nèi)容

以某廠的給水熱處理泵房結(jié)構(gòu)施工為例，在該工程施工項目中所涉及的自動化電氣控制裝置還有測溫測速制動柜、自動元件、備品配件;以及水輪機(jī)的自動元件、備品配件等。工程項目主要包含了工程設(shè)計、生產(chǎn)、安裝、測試、檢驗等環(huán)節(jié)。同時，根據(jù)實際工地所處的地理環(huán)境、工程項目設(shè)計等多方位條件，還需要安裝各種可以采用變頻器裝置實現(xiàn)調(diào)控的水泵，從而能夠根據(jù)水泵電流頻率、水泵速度、流量等技術(shù)參數(shù)實現(xiàn)變頻調(diào)控。另一方面，在使用變頻器實現(xiàn)變速調(diào)控的過程中，還必須著重考察水泵轉(zhuǎn)速下降幅度。且應(yīng)最大限度避免運(yùn)行動力機(jī)發(fā)生超載，從而規(guī)避機(jī)組震動、設(shè)備損壞等問題的發(fā)生。另外，變頻器的轉(zhuǎn)速調(diào)整系統(tǒng)對設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)也有著良好的輔助調(diào)節(jié)功能。這主要是因為由于轉(zhuǎn)速每一個出現(xiàn)調(diào)整后，水流速也相應(yīng)發(fā)生變化，所以就必須增加或減小水泵速度，以保障工程建設(shè)中的用水需要，對于泵站設(shè)備而言，也具有良好的調(diào)節(jié)效益。同時，在各級泵站中使用變頻器時，不但能夠?qū)Ω魈菁壧崴髁繉崿F(xiàn)相對容易的管理，而且還能減少棄水、斷流等事件的出現(xiàn)，且對于工程節(jié)水減排、降低成本等方面也產(chǎn)生了一定的輔助效應(yīng)，為整個工程運(yùn)轉(zhuǎn)的安全、穩(wěn)定性等方面提供了一定保證。

三、變頻器在數(shù)控機(jī)床中的故障與維修

數(shù)控機(jī)床主軸通過變頻器來控制時，變頻器就必須和控制設(shè)備協(xié)同實現(xiàn)對電機(jī)主軸的控制變化。另外，一旦故障出現(xiàn)在變頻器工作過程中，就能夠通過工作等的滅與明進(jìn)行判別，也就可以直接通過明與熄滅時間判別了，但最重要的判別方法還是針對機(jī)械上的報警信號判斷，所以一旦有需要的話，在發(fā)現(xiàn)并排除故障時就可以直接按照說明說進(jìn)行。接下來我們將以一個例子，對其進(jìn)行全面剖析。

如變頻器表示面板接通了卻無顯示器數(shù)據(jù)。故障現(xiàn)象：當(dāng)機(jī)械接電后，軸線不轉(zhuǎn)，顯示器面板也不能自動顯現(xiàn)。診斷分析：（1）要仔細(xì)檢查一下伺服驅(qū)動單元與傳動軸線中間的線路、數(shù)控機(jī)床的設(shè)備，只要無問題。（2）測試變頻器和進(jìn)口電源設(shè)備。（3）一旦測試供電設(shè)備無問題，就可以判斷出現(xiàn)故障原因來自變頻器。

檢測方式分析：針對智能變頻器來說，則首先必須對內(nèi)部的整流模塊進(jìn)行仔細(xì)檢測，看其有無嚴(yán)重破損，在斷電狀態(tài)下，可以通過萬用表進(jìn)行外部電阻的檢測，其重點(diǎn)檢測對象是整個智能變頻器的直流輸出端、三相入口、出口端外部電阻，如果所檢測的外部電阻為七，則說明內(nèi)部整流模塊并無問題，然后檢測整個智能變頻器，可以看見內(nèi)部整流的二極管有嚴(yán)重?fù)舸┣闆r，這就會造成電源不能使用，甚至顯示器面板上無數(shù)據(jù)的問題。

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