变频器在电动机保护控制中的应用

2015-08-15于菲

机械管理开发 2015年3期

于菲

（阳泉煤业（集团）股份有限公司发供电分公，山西阳泉 045000）

1 变频器简介

变频器是应用变频技术和微电子技术，利用电动机工作电源的频率改变实现对交流电动机控制的电气设备。变频器主要构成模块有交流变直流模块、滤波、直流变交流模块、制动单元、驱动单元、检测单元和微处理单元。变频器利用内部IGBT的断开和闭合来改变输出电源的电压与频率，为电机提供实际工作需要的电源电压，以此实现节能、电机调速的作用［1］。

2 变频器对电动机的保护功能

变频器对电动机的保护主要有以下几个方面：过电压保护、欠电压保护、过电流保护、缺相保护、反相保护、过负荷保护、接地保护、短路保护、超频保护和失速保护等。下面就这几类保护方式进行简单的介绍。

1）过压保护。变频器能够在输出电压超过额定电压110%时起保护停机作用，能有效防止电动机故障。这就是变频器的电压检测功能所发挥的作用。变频器通过调整输出电压，防止电动机超压运行，起到保护电动机完好的作用。

2）欠压保护。变频器利用电压自检功能，对输出电压自动调整，当电机的实际工作电压达不到额定电压的90%时，电动机将停止工作，从而有效防止电动机损坏。

3）过流保护。变频器利用电流检测功能，当电动机的实际工作电流大于额定值的1.5倍3s，或者大于额定电流的2倍10μs，电动机停止工作，以防止电动机烧毁。

4）缺相保护。变频器能够监测输出电压，当输出电压出现缺相故障时，变频器发出警报，5min后（此时间可以由用户在参数中设定）停机。

5）反相保护。变频器只能让电动机朝一个方向旋转，不能改变电动机的旋转方向。只有当电气工作人员改变电动机的电源相序时，才会使得电动机的旋转方向改变。

6）过载保护。变频器能有效监测电动机工作电流，当电机工作电流大于电动机额定电流的1.2倍1min时（反时限特性），变频器保护进行停机。

7）接地保护。发生缺相（一相或两相）接地时，变频器会发出警报。这是由于变频器带有专门的接地保护电路，通常由接地保护互感器和继电器构成。

8）短路保护。当变频器输出发生短路现象后，必然引起过电流，当变频器检测到过电流后，在10μs内变频器保护停机。

9）超频保护。变频器可调频率有一定的范围，即：可调频率有最小频率值和最大频率值。通过输出频率限制范围实现超频保护作用。

10）失速保护。失速保护相对于同步电动机。因为异步电动机在加速过程中必然会发生失速过程，其表现为电流大，变频器通过过电流和过载保护失速护功能。在减速过程中失速有可能表现为过电流和过电压（直流母线），对于其他情况，可以在变频器调试中设定安全减速时间来实现。即使出现突发情况，发生直流母线过电压，变频器也能够让电动机停止工作，从而起到保护停机作用。

3 变频器的控制方式

3.1 U／f控制

作为变频器调速控制方式，U／f控制最为简单，一般用在通用变频器、风机、泵类机械的工作中，起节能作用。U／f控制别称是压频比控制。压频比的基本特征是同时控制变频器的输出电压和输出频率。在设计频率之下，通过保持输出电压和输出频率的稳定性保障电动机工作所需转矩特性。优点为U／f控制所需控制电路成本低，通常用于精度要求不严格的变频器中［2］。

3.2 转差频率控制

转差频率控制变频器是以电动机的工作速度和转差频率和作为变频器的给定输出功率。这就需要电动机的转速值、转差频率（速度调节器的输出值即为转差频率）。转差频率控制变频器与U／f控制相比较控制精度更进一步。主要原因是加减速特性和限制过流能力有大幅度提升，而且转差频率控制变频器配备速度调节器，可以通过速度反馈信号实现速度闭环控制，使得速度静差缩小，可以应用于自动控制系统。

3.3 矢量控制

矢量控制简称VC，在20世纪70年代由德国人F.Blaschke提出。对交流电动机而言，是一种新的控制思想和控制技术，同时还是异步电动机的一种理想调试技术。它的基本原理是依靠检测和控制异步电动机定子电流矢量。利用磁场定向原理实现对异步电动机励磁电流、转矩电流的控制，以此达到转矩的目的。做法是把异步电动机的定子电流矢量予以分解，分解为励磁电流和转矩电流。对分解的两个矢量电流进行控制，同时还控制电流矢量的幅值与相位，从而达到控制定子电流矢量的目的［3］。

矢量控制方式有利于异步电动机实现更高性能。在调速范围方面能够与直流电动机媲美，同时在控制方面能够直接对异步电动机的转矩进行控制。这一优点使得矢量控制方式在精密和快速控制工艺中得到长足应用。