钟盛龙

一、发展前景

随着人们的生活水平逐渐提高，节能环保的观念越来越深入人心。回望过去30年在变频器上的研发，总结我们投入变频器运用于各行业的实际运用中，变频器的性能价钱比越来越高，体积越来越小，很多技术先进的公司一直以进步牢靠性为追求完成变频器，为使其更小型轻量化、高性能化和多功能化以及无公害化而做着新的挑战。变频器性能的优劣，一要看其输出交换电压的谐波对电机的影响，二要看对电网的谐波净化和输出功率因数，三要看自身的能量损耗（即效力）如何。变频器是静止掌握体系中的功率变换器。当今的静止掌握体系是蕴含多种学科的技巧范畴，总的开展趋向是：驱动的交换化，功率变换器的高频化，掌握的数字化、智能化和网络化。因而，变频器作为体系的主要功率变换部件，供给可控的高性能变压变频的交换电源而得到迅猛开展。

二、变频器控制电机

（一）变频器的工作原理

近年来，随着电力电子技术、微电子技术及大规模集成电路的发展，生产工艺的改进及功率半导体器件价格的降低，变频调速越来越被工业上所采用。如何选择性能好的变频其应用到工业控制中。

1.变频器的工作原理

交流电动机的同步转速表达式位：n=60f（1-s）/p（1）式中n——异步电动机的转速;f——异步电动机的频率;s——电动机转差率;p——电动机极对数。由此可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

2.变频器控制方式

低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交一直一交电路。其控制方式经历了以下几代：

（1）U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式。其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。

（2）电压空间矢量（SVPWM）控制方式。它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差;通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响;将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。

（3）矢量控制（VC）方式。矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流1a、1b、1c、通过三相一二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1，It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流It1相当于与轉矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。

（4）直接转矩控制（DTC）方式。直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解藕而简化交流电动机的数学模型。

（二）变频器控制电机的正反转

1.控制要求

本次目的是了解变频器外部控制端子的功能，掌握外部运行模式下变频器的操作方法。要求如下：①正确设置变频器输出的额定频率、额定电压、额定电流、额定功率、额定转速。②通过外部端子控制电机启动/停止、正转/反转，打开“K1”“K3”电机正转，打开“K2”电机反转，关闭“K2”电机正转;在正转/反转的同时，关闭“K3”，电机停止。（亘随用操作面板改变电机启动的点动运行频率和加减速时间。

2.电路的设计

变频器的外部接线如图2-1所示。

操作步骤：

（1）检查实训设备中器材是否齐全。

（2）按照变频器外部接线图完成变频器的接线，认真检查，确保正确无误。

（3）打开电源开关，按照参数功能表正确设置变频器参数

（4）打开开关“K1”，电机正转。

（5）关闭开关“K1”，打开开关“K2”，电机反转。

（6）打开开关“K3”，电机停止。

三、设计总结

通过此次亲身设计我发现自己的很多不足，首先就是自己的知识量有限，有很多想设计的东西却力不从心，发现有很多事情远远没有开始想象的那么简单。但整个设计做下来，还是有很多成就感的。我深深地体会到了遇到困难而一步一步地克服所给我带来的欢悦。

在设计过程中，通过查阅各种资料使我对变频器有了更进一步的了解。并且能够通过变频器来控制电机来实现很多种动作，而且它与PLC相结合起来使用能给电机带来更多便利，虽然这是我第一次运用变频器结合CPU来控制电机，但我以为它惊讶，希望在它将来的发展道路上能为人们该来更多的贡献！