摘要：现如今，计算机和自动控制技术的广泛应用，在交流传动与控制技术逐渐成为工业控制的重要内容。目前，电气传动技术正面临着一场革命，即交流调速取代直流调速，以计算机为基础的数字技术取代模拟技术。交流变频驱动控制技术以其节能降耗、可靠性高、设计简单、便于应用等优点成为目前电机驱动控制的主要发展趋势。变频技术实现了交流电机的无级调速，克服了传统直流调速技术体积大、故障率高的缺陷，成为目前发展最为迅速的技术之一。交流变频驱动技术主要是针对三相电路的一种电机控制技术，钟玉林为了降低逆变器的共模电压和共模干扰，采用特定谐波消除脉宽调制技术，从源头上消除了变频器输出共模电压中的低频分量。变频器根据其变换的环节可以分为：交—直—交变频器和交-交变频器。
关键词：变频器；变频电机；驱动控制
1变频电机调速系统
1.1变频电机调速系统原理
变频器调速系统的整个电路包括整流电路、滤波电路、制动电路和逆变电路等几个部分组成，其输出电压的波形为脉冲方波，含有的大量的高次谐波成分多。电压和频率必须按照一定的比例同时变化，无法实现分别调整，因此不能作为供电电源使用。采用变频调速系统驱动电机时可以实现无级调速，其结构图如图1所示。
图1交-直-交变频调速系统结构图
（1）整流电路：整流电路一般采用三相不可控桥式整流电路实现，VD1-VD6组成三相不可控整流桥。将三相交流电转化成直流电形式。（2）滤波电路：整流后的电压含有大量的高次谐波，需要采用滤波电路进行处理。滤波电容除了滤除高次谐波外，还起到消除整流电路与逆变电路之间的耦合，消除干扰，提高功率因数的作用。在接入电源时，由于电容两端的电压为零，因而上电瞬间滤波器电容充电电流很大，容易损坏整流桥的二极管。因此，需要在上电的瞬间将电阻Rs串联接入直流母线中以限制充电电流，当充电到一定程度时闭合开关将电阻Rs短路。（3）制动电路：电机在减速时，转子的转速将可能超过此时的同步转速而处于再生制动（发电）状态，拖动系统的动能将反馈到直流电路中使直流母线滤波电容两端产生泵升电压，使变频器产生过压，甚至可能损坏变频器。制动电路就是用来消除这部分反馈能量，防止泵升电压的模块。（4）逆变电路：逆变管V1-V6组成三相桥式整流电路将直流电逆变成频率和幅值都可调的交流电。逆变模块的IGBT开关控制信号常采用脉宽调制技（PulseWidthModulation-PWM）实现。逆变调速系统具有两种控制方式：开环控制和闭环反馈控制。开环控制方式主要用于对转速偏差要求不高的场合，即转速的精确度不是调节的重要变量。开环控制就是给定变频器一个频率信号，变频器根据这个频率信号对电动机输出相应的功率，实现电机的控制。电机的转速由给定功率决定，其转速与给定转度具有一定的误差，开环控制方式无法对这个偏差进行调整，因此在对转速精度要求较高的场所，开环控制方式并不适用。闭环反馈控制方式是在开环控制的基础上加入了反馈环节，根据实际控制误差调节控制量，达到系统输出精确跟踪期望值的目的。闭环反馈控制系统一般会在电动机上安装转速传感器，并将测得的转速信号反馈给输入端，与参考值做差计算控制误差。变频器依据实际的转速偏差进行调整，直到电机转速与给定转速偏差降低到允许范围内。
1.2电机变频器控制技术
（1）电压矢量控制。电压矢量控制在实际电路控制中主要作用于异步电机单相坐标系，对该电路中的胆子电流进行处理，处理方式主要是直角坐标变换，通过对直流电机控制方法进行模仿，以达到直流电机控制量，但是，由于电机参数会对系统性能造成一定的影响，导致其对矢量旋转造成一定的影响，不利于整体效果的控制。（2）直接转矩控制。直接转矩控制技术提出于1985年，该技术的提出和发展对于矢量控制中的漏洞有非常重要的平衡作用，且该技术的动静态特性较高，且结构较为简单。随着相关技术研究的不断完善，其在实际应用中的应用面以及应用效果也在不断提升，其在大功率电机车牵引交流传动中的应用无需对交流电机进行处理，变换方式更加简单，应用面更广。
1.3变频调速方式的技术优势
采用变频调速系统实现电机控制具有以下技术优势：（1）实现了无级调速，调速性能好。由于变频电机采用的变频调速技术原理上可以输出任何转速，因此调速时平滑性好、精度高。当电机转速处于低速启动阶段时，输出转矩较大，这大大缩短了电机的响应时间，提升了电机的启动效率。（2）启动时需要的电流较小，对电网无冲击，节能效果显著。直流电机启动电流较大，常常会对电网造成冲击，而且对电网的容量要求也较高。电机启动时产生的大电流和抖振对电机硬件部分危害很大，极大的降低了设备的使用寿命。采用变频调速方式可以实现软启动，电流从零开始，最大值也不会超过额定值。这不仅消除了对电网的冲击，而且降低了系统对电网容量的要求，延长了设备的使用寿命，降低了硬件维护费用。（3）变频电机的体积小，安装、调试、维护简单。异步电机尤其是鼠笼式电机具有结构简单、成本低、使用和维护方便、运行可靠性高等优点，因此应用较为广泛。（4）易于实现自动化控制。由于变频控制技术实现了电机的解耦控制，PLC、单片机、DSP等先进的数字控制技术能够得到有效的利用。
2电机变频驱动存在的问题及解决措施
（1）变频器一般采用脉宽调制技术，其输出电压中含有部分高次谐波电流，因此，逆变器输出的电能无法适应普通交流电机的要求。（2）普通的异步电机超速性能弱，削弱了变频器调速范围大的优势。（3）由于普通异步电机的排风扇与电机同轴，所以其散热效果与电机转速的三次方成正比。当电机处于低速运行时，电机的散热较差，这必将导致电机温度骤升，使之无法达到恒转矩输出的状态。（4）脉宽调制技术所采用的载波已由几千赫兹发展到上万赫兹，这使电机绕组承受了很大的电压变化率。电机绕组导线绝缘层随之也承受了很大的电感电动势，这容易导致电机绕组的老化加速。（5）由于变频器输出电压中含有高次谐波，这大大的增加了电机的附加损耗，导致电机运行效率的下降。当电压谐波含量较高时，普通交流电机会产生过热，而无法正常运行。（6）变频器供电过程中，产生了复杂的电磁场，与电机绕组产生电磁感应，引起电机抖振。由于电磁波的频率范围大，因此，防止电动机各个部件与电机运行时产生的电磁场发生共振的困难加大。
结语
综上可知，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。
参考文献:
[1]徐海，施利春.变频器原理及应用[M].清华大学出版社，2017，9.
[2]姚福来，孙鹤旭，杨鹏.变频器、PLC及组态软件实用技术[M].机械工业出版社，2010，6.
论文作者:梅正茂
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
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