摘要：随着电力电子器件和计算机控制技术的发展，作为交流电动机主要调速方式的变频调速技术也获得了前所未有的发展。文章主要围绕交流电机调速系统中变频器的具体运用问题进行探析，以供参考。
关键词：交流电机调速系统；变频器；运用
引言：异步电动机主要常见于工农业的生产活动当中，其作为交流电机的一种，应用频率相对较高。但是这种类型的交流电机功率因素较低，且缺乏良好的调速性能，上世纪七十年代以前，如果生产活动中有调速拖动的需求，绝大多数都会选择使用直流电机。直流电机的组成结构非常复杂，维护难度和成本较高，因此不利于大面积推广使用。随着后续半导体元件的快速发展，变频器设备被研发出来。通过在交流电机的调速系统中应用变频控制技术，有效解决了电机设备在调速方面存在的缺陷。
一、交流电机调速系统与变频器应用原理分析
在交流电机调速系统中运用变频器，能够通过系统中电力半导体元件具有的通断作用，实现工频电源的转化，令其变成另一频率，变频技术改变的是电能控制装置，这种装置主要由两部分构成，一部分是控制电路，一部分为主电路。控制电路的作用就是对主电路实施各类控制。主电路也由两部分构成，分别为逆变电路和整流电路。其中的逆变电路能够将系统中的直流电转化为多种不同频率的交流电，整流电路中工频电源中的交流电能够转化成为直流电，并且能够对直流电进行平滑滤波处理。主电路常见类型有两种，一种是电流型主电路，一种为电压型主电路，其中电流型主电路使用的是，能够将电流源的直流，转化为交流的变频器设备。电压型主电路使用的是，能将电压流的直流，转化为交流的变频器设备。
二、变频器变频调速控制类型分析
1、转差频率控制方式
异步电机、转差频率以及气隙磁通之间是存在一定的关系的。代表异步电机转矩的字母为M，代表转差频率的为f2，代表气隙磁通的字母为Φ，由电机学中的理论知识可得知，三者之间的关系是M∝Φf2，如果其中的气隙磁通保持不变，那么只要通过控制转差频率就能调整电机转矩。转差频率借助速度检测器装置，能够检测出电机的实际转速，转差频率和电机转速的总和能够得出，定逆变器装置的输出频率。这种方式的抑制属性以及转速的控制精度都要强于V/F控制模式，但是上述三者之间的关系，是建立在稳态机械的基础上得出的关系结论，忽略了电机设备可能受到的电磁惯性的干扰，缺乏动态机械的研究参数，因此对于动态的控制方面仍旧存在欠缺。
2、矢量控制方式
矢量控制模式的控制原理是指，通过分析交流电机上模拟直流电机设备转矩控制的实际规律，确定励磁电流数值和直流电机设备电枢电流的数值，然后分别对这两方面进行任意矢量控制，进而实现对转矩的控制。这种控制方法与直流电机的控制性能同样优越，但是对于响应速度以及制动场合具有比较严格的要求。
3、V/F控制方式
异步电机的定子电源频率和电机转速与其极对数密切相关，如果令电源频率发生变化，那么可以实现转速的同步调节，但是如果单独调节电源频率，令其上升或下降，可能会导致转矩不足或者磁路饱和。因此调整电源频率的同事需要调节定子电压。这种控制方式原理比较简单，但是其转速调控的精度有限，控制的范围较小，因此比较适用于对于动态响应以及速度控制要求较低的场所。
4、直接转矩控制方式
这种模式在应用期间不需要进行矢量换算，而是直接使用数学模型，这种模型是定子空间矢量分析三相电机模型，能够采用开环的控制方式实现转矩和转速控制，转矩直接决定了其PWM的波形，这种方式的控制性能是为突出的。
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三、变频器在交流电机调速系统中的具体应用
1、运用实例分析
利用变频器进行调速，本质上就是通过调整电机供电的电源频率来实现控制，这种控制方式能够控制较大范围，控制功能比较强大。文章选取某工程案例进行对变频器的实际运用过程进行分析。 该工程为某地区的集中型选煤厂，技术人员在原有洗煤系统中，额外加入了四台电磁调速叶轮给煤机设备，通过控制电磁离合器的励磁电流，进而实现对离合器输出轴转速进行控制的目的。控制轴转速能够调控给煤量的大小。这种控制方式具有较软的机械属性，为了改善这种性质，工作人员将测速装置安装在系统当中，这样一来，能够及时接收到设备的速度负反馈信息。如果生产现场出现随机性操作时间或者测速不够稳定的情况，那么可能会导致控制系统失灵，或者器件过热受损。这种情况会阻碍生产，必须对其进行优化改造。选煤厂中的辅助电机设备不会影响到调速操作，因此不列入改造设计当中。通过分析交流电机的变速原理，在选煤厂的交流电机设备中应用变频技术完全是可以实施的。具体运用要点有以下几点。
首先，需要将系统中原有电磁调速装置、离合器的励磁线圈以及测速装置卸除，系统中的电气组成部分留有行走电机设备以及主电机设备。其次，减速箱和主电机设备之间使用对轮进行连接。第三，变频器设备要安装在系统主电机设备的供电回路当中。文中案例结合系统主电机设备的实际输出频率，选择了三垦系列的变频器装置，这种设备性能比较稳定，保护功能相对来说比较完善。技术人员在对设备进行检查并确认无误之后，要设置设备重要参数，保证变频器一次性试车成功。案例中的变频控制方式选用的是开环V/F控制模式，使用外部调整的方式调节频率。改造之后的系统能够平稳运行，系统调速性能准确平滑，与原有系统相比较性能更加完善。
2、运用效果分析
经观察，优化改造之后的系统电气设备的机械负载性能更加优越，实现了平稳启动，各项性完备，故障发生频率较低。系统的控制方式相比从前更加灵活便捷，节能效果比较突出。变频器设备的价格相对昂贵，需要投入较多费用，如果其中的关键模块出现损伤，将无法修复，因此技术人员必须注重后续养护，日常需要谨慎规范的操作使用。
四、变频器的应用发展分析
1、模块化发展方向
变频器当前的发展趋势已经初现端倪，模块式发展是必然走向，当前涉及到变频器模块的种类有三种，一种为电动机驱动模块，常见的即为通用变频器设备。一种为功能模块，常见的有张力卡或者注塑卡等。第三种为专业模块，常见于拉丝机系统、电梯设备以及卷染机等等。针对各类系统的功能性需求，只需加入特定的专用卡或者功能卡，这种方式简单方便，且无需投入大量资金。
2、性能强化发展方向
过去国产通用变频器主要是压频控制，今天不少品牌的变频器已提升到智能矢量控制及转矩控制；前几年国产高压变频器可靠性还不太高，今天已研制出同国外品牌性能相差不大的变频器。不少厂家都在追求生产高可靠性、高转矩、高精度和低谐波的通用变频器。
3、专用化发展方向
国外的变频器早已有许多专用型的，但价格昂贵，如电梯、车床、造纸机和化纤生产线专用等。近年又出现了专用变频器，如注塑机和抽油机专用变频系统等，这些都是国外没有的，我国填补了国际上的空白。
结语：综上所述，具有变频器的交流电机调速系统，有着良好的动、静态品质。系统设计时对被控对象的模型和参数没有过高的要求，使系统的设计和调试更加简便。这主要是因为变频器本身具有良好的、全面的功能。如例变频器内部设有电流和电压等反馈控制及保护环节，此外，变频器本身具有良好的起、制动性能，变频器所具有的灵活的参数设置功能方便了系统的设计和调试。
参考文献：
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[3]温江，张忠海.变频器在交流电机调速系统中的应用[J].一重技术，2017（26）.
论文作者:王曙红
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/12
标签：变频器论文; 电机论文; 系统论文; 设备论文; 转矩论文; 频率论文; 方式论文; 《基层建设》2019年第17期论文;