电机中变频器控制驱动技术应用研究

张杰

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摘要：变频器控制驱动技术具有节能降耗、安全可靠等优势，所以在电机驱动中得到了广泛应用。但变频器控制驱动技术的应用对相关工作人员提出较高要求，需要其严格按照相关标准、规程进行操作。而部分工作人员在应用过程中存在不足，所以如何在电机中应用变频器控制驱动技术成为相关工作人员需要深入探讨的课题。本文就此进行研究，旨在为相关工作人员提供参考。

关键词：电机；变频器；控制驱动技术

引言：变频控制驱动技术的应用有着积极意义，其可为电机的正常运行提供保障，可有效降低能源消耗。而电机中的变频控制驱动技术包括三种，即电压矢量控制技术、直接转矩控制技术、矩阵式交——交控制技术，不同的技术的优势不同，且对工作人员提出不同的要求，所以下列对相关技术的应用进行深入研究，相关工作人员可结合实际情况进行运用，以最大限度地发挥变频器控制驱动技术的作用，提高电机的控制驱动效果。

1.变频电机驱动控制系统的工作原理

    利用RS485接口，变频器可对主控系统的命令进行接收，并将相关信号反馈传输至主控系统；主控系统可对变频器进行远程启停。以风扇转速信号为例，风扇转速可借助传感器发出的脉冲信号，经变换后，变频器可对相关数据进行接收、读取，并对其进行闭环控制。同时，控制精度可以实际情况为依据进行适当调整。此外，可借助变频器与变频电机间的闭环控制辅助风扇转速、变频器的闭环控制。

（1）处于闭环运行状态下时，可对被控制量的期望值进行设置及调整。基于相关数值，变频器的输出频率会发生变化，做到电动机转速的有效控制，使被控量的实际值逐渐靠近期望值。

（2）处于开环运行状态下时，变频器的运行速率取决于PLC、主界面。

（3）当变频器的频率输出信号为4mA～20mA时，指令接收信号范围也是如此，且其状态信号、故障信号可上传至PLC。

（4）可对变频器柜门的主界面的启动、调速、停机等功能进行直接运用，也可借助控制室进行加减速、启停等操作。

2.变频调速技术的优势

变频调速技术的优势主要体现在五个方面：（1）调速性能好。变频调速技术从原理上来讲可以输出任何转速，所以其具有调速性能好、精度高等优势。在此情况下，可有效缩短低速启动状态时的电机的响应时间。（2）节能效果好。启动时，所需的电流相对较小，对电网不会造成冲击，所以节能效果较好。（3）使用维护便利。变频电机的体积相对较小，所以结构简单、成本较低，不管是安装使用还是维修维护，都具有一定的便利性。（4）自动化控制。通过变频控制技术的有效应用，可做到电机的解耦控制，并结合实际情况对PLC、单片机、DSP等技术进行运用，所以，其可将自动化控制落到实处。（5）节能效果好。电机低负载运行时，多余扭矩可增加能源损耗。而通过变频调速技术的应用，可基于实际情况调整电能输出功率，有效防止能源浪费。

3.电机中变频器控制驱动技术

    电机中的变频器控制驱动技术可分为三种，一为电压矢量控制技术，二为直接转矩控制技术，三为矩阵式交——交控制技术，因不同技术存在不同的优势，所以下列进行了详细分析。

3.1电压矢量控制

电压矢量控制的本质为异步电机三相坐标系下的定子电流进行同步直角坐标变化。首先，可将电流矢量分为Ia、Ib、Ic，并进行转化，使其成为两相静止坐标系下的电流矢量Iα、Iβ。其次，对两相静止坐标系下的电流分量进行转换，使其转化为同步直角坐标系下的电流分量，即Id、Iq。其中，Id为直流电机励磁电流，Iq可看作正比于转矩的电驱电流。再次，采用直流电机控制方法计算控制量，然后采用坐标逆变的方法对异步电动机的控制值进行计算。该方法以直流电机控制方式为基础，做到了转速、磁场的单独控制，且利用坐标变换对转矩、磁场进行了解耦控制，所以具有一定的可行性。不过，该方法会在一定程度上受到电机参数的影响，出现矢量旋转变化的复杂程度较高等问题，导致控制效果与理想不符。

3.2直接转矩控制

直接转矩控制为1985年提出的一项技术，其可解决电压质量控制技术的不足，且结构简单、动静态特性较好，可为电机驱动控制带来新的可能。经相关人员的不断研究、完善，其已被应用于大功率电机机车牵引交流传动中。该技术以定子坐标为基础，可建立相应电机数学模型，所以省去了交流电机等效处理等流程，发展前景较好。

3.3矩阵式交——交控制

矩阵式交——交控制技术与上述提到的两种技术不同，其可有效克服输入功率因素低等不足，并做到再生能源向电网的有效反馈。同时，其可省去直流环节，有效降低驱动控制成本。通过该技术的运用，可对转矩进行直接控制，所以在一定程度上提高了启动转矩、转矩控制精度。当电机处于启动状态，输出转矩可达150%～200%。

4.电机变频驱动存在的问题及解决策略

4.1问题及原因分析

当前，导数变频电机的替代品仍为普通的异步电机。因该电机依靠公共电网获取能源，所以引发了变频电机与变频驱动电路不适配等问题。该问题的具体表现为：系统产生脉动转矩，增加电机损耗，产生了高频噪声等。

之所以会出现这些问题，是因为：（1）变频器采用的技术多为脉宽调制技术，高次谐波电流为其输出电压的组成部分之一，所以，逆变器输出的电能可能会出现无法满足交流电机要求的情况。同时，如果高次谐波的含量较高，交流电机会出现过热而无法正常运行的情况。（2）异步电机存在超速性能弱的特点，使得其调速范围受到了不良影响。（3）普通异步电机存在排风扇与电机同轴的情况，散热效果相对较差。当电机低速运行时，散热效果无法满足实际需求，所以电机温度骤升，无法达到恒转矩输出的目的。（4）脉宽调制技术已发展至上万赫兹，所以电机绕组的电压变化率、电机绕组导线绝缘层承受的电感电动势相对较大。（5）变频器供电时可产生复杂的电磁场，若其与电磁绕组产生电磁感应，将会带来电机抖振等问题。

4.2解决策略

变频器输出电压中含有高次谐波为电机变频驱动问题的主要原因，因此，相关工作人员需将其解决当做重点。在解决该问题时，相关工作人员可从以下两个方面入手：（1）改善驱动电源。相关工作人员可结合实际情况对脉宽调制控制技术进行改进，以减少产生的各种谐波；可将无源、有源滤波器利用起来，进行谐波补偿。（2）研制新型逆变电机。新型逆变电机的研发可彻底消除谐波对电机的影响。因此，相关工作人员可基于传统的异步电机设计进行进一步的研究。如：可将启动电流、启动扭矩、最大扭矩的限制去除。

结语：综上所述，变频控制驱动技术的应用有着积极意义，但其应用对相关工作人员提出了较高要求，稍不注意便会影响其应用效果。本文以电机中的变频控制驱动技术为例，就当前常用的三种变频控制驱动技术进行研究，并提出一些问题及解决措施，相关工作人员可基于此进行变频控制驱动技术的有效应用，以实现电机的有效控制、驱动。不过，为确保相关工作人员可紧跟时代发展，其需不断地丰富自己的知识面、提高自身的专业技能。

参考文献

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[2]杨钰函.探究变频器对变频电机的驱动控制[J].通信电源技术,2021,38(04):25-27.

[3]邢学军,李弘.变频器对变频电机的驱动控制研究[J].数字通信世界,2020(10):134-135.