通用變頻器及其在控制中的應用探討

王治軍

摘要：在當前工業控制領域，不僅僅局限于液動、氣動等運動控制方法，在大部分控制系統中，還會采用電動控制系統，電機是這一系統的最終控制對象，同時也是重要的執行機構。為了對各種感應電機進行有效控制，設計了變頻調速器，交-直-交型是其主要結構類型。隨著電機控制技術長期發展以來，逐漸形成了通用變頻器這一成熟產品，逐漸被廣泛應用于機電一體化領域。

關鍵詞：通用變頻器;控制工作;應用

引言

在我國工業生產過程中，大部分電機會直接將工頻電源作為運行電源，在長時間、部分時間運行中，通常處于輕載狀態。當前系統工作需要的輸出轉矩、較高的電能利用率等，借助傳統的變壓器降壓控制、變極對數控制、機械能耗控制等方面措施都難以予以滿足，而借助變頻控制器則可以對系統工作要求予以有效滿足，并且可以節省大量的電能。

1變頻器的結構

在變頻器設備中，主要由電路、控制、檢測、保護等部門構成，在主電路方面，主要有整流、逆變、濾波穩壓等部分組成，并對直流平波電抗器、制動單元以及制動電阻等方面接口進行了預留。在控制部分，主要包括數字信號處理器、高速微控制器等內容，借助這些裝置可以對算法的實現、控制的動態調節、PWN信號輸出等予以共同控制。在監測部分，主要檢測的內容包括電壓、電流以及溫度等方面數據，判斷是否存在超出設定值的情況，從而及時開展系統保護。

在應用過程中，一臺變頻器一般情況下會控制一臺電機，但也可以對多臺具有相同工況的電機進行同時控制。在變頻器設備中，針對將電機作為最終控制對象包含眾多小系統或大系統的構成進行了專門接口的設計，比如無人車間、立體倉庫、柔性生產線等大型工業控制系統。

2通用變頻器的功能特點

2.1靈活的頻率控制

在變頻器對電機進行控制過程中，頻率和轉矩是最基本的兩項輸出，在變頻器設計過程中，針對頻率設定功能、頻率控制接口等進行了設置的。針對變頻器頻率輸出，可以借助數字鍵盤進行設定，主要包括基本頻率、最大頻率、最小頻率、啟動頻率、跳躍頻率和寬度、加減速斜率、多段運行頻率等等，通過控制鍵盤的上升和下降鍵，可以對電機運轉就進行隨時調整，比如針對正轉質量、加減速時間轉換、反轉指令、多段運行頻率選擇、復位輸入、自由運行等方面進行控制。針對此時的運行頻率值，可以借助電壓輸入0到5V或者0到10V進行設定，或者可以使用4到20毫安的電流信號進行設定。在執行多段運行過程中，可以借助鍵盤預先設定速度的幅值，針對運行中的那一段，可以借助端子進行控制。

2.2變頻器的保護功能

借助變頻機的保護功能，可以有效保護自身，并且可以對電機予以可靠的保護，保護功能分為多種類型，主要包括短路保護、電涌保護、保險絲熔斷檢測、欠壓保護、接地保護、瞬間過流保護、電子熱保護、直流側過壓保護等等，同時還包括存儲器異常檢測、鍵盤通訊檢測、外部報警輸入、防止失速功能、任選卡通訊檢測、瞬停再啟動功能、CPU異常檢測等方面保護功能。

針對故障信號可以及時接收并處理，其中一部分可以作為接觸器和熱繼電器保護器的動作信號，針對一些瞬間故障，可以借助變頻器進行自動處理，實現自恢復效果，其中一些故障不能自動恢復，會在EPROM中進行記錄，相關技術人員會查看這些信息，之后對系統進行相應的診斷和維修。

2.3一些重要運行功能

在變頻器對電機進行控制過程中，還包括以下幾種重要功能：點運動方式;自動頻率補償控制;第二V/F運行功能;自動節能運行方式選擇;以及轉矩提升功能，這一功能可以切換手動、自動提升等方式，在電機啟動過程中，可以對變頻器輸入轉矩予以增大，從而對負載慣性、轉子靜摩擦力等予以克服;還有矢量控制選擇，在一些新型變頻器中，比如富士、象日立等等，都設置了矢量運行方式選擇這一功能選項，在日立J300系列中，還可以對帶傳感器的矢量控制、不帶傳感器的矢量控制方法等予以進一步選擇，相比于傳統V/F控制，矢量控制具有更好的轉矩特性，同時動態響應速度也更快;另外，就是頻率跳躍功能，在控制系統中，如果存在機電共振區，在變頻器中，會允許用戶對跳躍頻率點、跳躍頻率寬度等進行設定，通常情況下可以對3到5個點的進行設定;載波頻率設定功能，在P W.N的載波頻率方面，可以實現選擇設定，從而對諧波予以降低，在電機運行過程中對損耗、噪聲予以降低，在日立J300系列的變頻器設備中，可以對直到16kHz的載波頻率進行選擇;另外，在變頻器設備中，還對性能良好的人機界面進行了設計，通常會設置LCD顯示、LED顯示、儀器以及儀表等方面監控接口。

3用變頻器構成控制系統

通用變頻器屬于開環速度控制系統，在一些沒有嚴格要求的運行條件下，可以結合多段速度運行模式，針對位置實施開環控制，或者可以采用JOG運行方式，實施位置控制;在用戶方面，可以自己對外控板進行設計，從而實施閉環控制;通常情況下，廠家方面會對模擬或數字接口選件板、PID控制板等予以提供，比如速度反饋基板，可以對測速發電機、脈沖編碼器的信號進行接收，從而實施速度檢測、閉環控制等工作。

將變頻器多功能輸入輸出端子、選件控制板等利用起來，有效結合具有完善控制邏輯功能的PLC，可以完成一個中小系統的構建。以之前參與的一項石膏板廠流水線控制系統改造項目為例，在線上布置了多臺感應電動機，針對配料機、烘干機以及傳送帶等設備，提出的要求是需要實現主從控制。在切板和送干燥機的預處理工作中，提出了一定的位置控制要求。在干燥機、傳送帶之間，需要控制6：1的速度比，針對這些控制功能，通過利用多臺變頻控制器就可以很好的實現。借助通用變頻器、工業控制計算機、可編程控制器等設備可以構建一個三級重大規模的網絡化控制系統。通過對中大功率的變頻器予以使用，可以對控制自動化水平予以提升，同時在一定程度上實現節能目標，在但部分變頻器設備中，對進行了節能運行方式的設計。 日立J300系列變頻器中，還設計了自動節能運行方式，在系統運行過程中，可以實現自動優化控制，在對相同力矩進行輸出的情況下，可以實現電機損耗、電機電流等方面的有效降低。針對一些大量的風機、泵類等設備，可以表現更為理想的節能效果，運行的電機數量越多，所表現的節能效果越明顯。對于一些煉鋼、制鋁、煤礦、軋鋼以及水泥等大型工業生產而言，可以節省很大一部分能源。

結語

在當前階段我國發展過程中，經濟、科技等方面發展水平快速提升，通用變頻器設備得到了快速發展，在這項技術中對現代控制理論、微型計算機技術、檢測技術、功率器件技術、電機建模理論等方面理論和技術進行了有機融合，從而取得了顯著的發展。

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