交流电机变频调速控制系统分析

交流电机变频调速控制系统分析

作者名：唐冠群

单位：阳春新钢铁有限责任公司邮编：529600

摘要：在电子技术与微电子技术不断进步的背景下，交流调速系统取得了飞速发展。交流电机变频调速系统在电力传动中发挥着越来越重要的作用，能够为各行业生产带来便捷条件。交流电机变频调速控制系统在钢铁企业生产中应用，能够保证生产作业的稳定性，节约生产所需能源，具有节能减排、保障生产质量的良好作用。本文通过交流电机变频调速控制系统分析，简要探讨其控制系统的特点，以期为同类研究提供参考。

关键词：交流电机；变频调速；控制系统

　　交流电机变频调速系统是工业生产中比较重要的技术，可以为各类生产活动提供交流传动，满足工业生产需求。交流电机变频调速系统也具有节约能源、提高生产自动化水平、提升产品生产质量等优点，有极高的应用价值。为了更好地发挥交流电机变频调速在工业生产中的作用，企业需要分析了解交流电机变频调速控制系统的基本原理，对其主要控制类型、调速技术等进行研究，结合实际进行设备选型，进一步提高工业生产的可靠性与质量。

一、交流电机变频调速控制系统

1、交流电机变频调速原理

　　交流电机变频调速系统主要包括恒压频比控制、转差频率控制、矢量控制和直接转矩控制几种类型。交流电机转速由供电源频率和电机极对数决定，因此可通过变转差率调速、变极调速、变频调速的方式对其进行转速调节，发挥其工作效率。交流电机变频调速时转差功率不随转速而发生变化，调速范围较宽，在低速和高速时工作效率都比较高，具有高动态性能，因此其应用面也比较广[1]。

2、交流电机变频调速的优点

　　交流电机变频调速系统的平滑性好，系统相对稳定，调速范围广，具有广阔的应用范围。此外，交流电机变频调速系统的节电性能优越，比直流电机损耗率小，实际应用中故障率小，动态、静态工作性能良好。很多大型工业项目需要依靠交流调速进行传动，比如西气东输所使用的大型压缩机传动，大型船舶的电力推进系统，钢铁生产中大型热轧和冷轧机交流传动等[2]。高性能的交流电机变频调速控制对于工业发展具有重要意义，分析和了解交流点击变频调速的主要类型，结合实际选择合理的设备类型，能更好的发挥其作用与价值。

二、交流电机变频调速控制系统分析

1、主电源电路

　　交流电机变频调速控制系统中电机控制系统主电源电路可选用交—直—交电压型电路结构，逆变电路组成包括整流滤波电路与智能功率模块。整流滤波电路需要将单相或三相交流电整流滤波成为直流电，在实际设计时要注意分析整流电路中输出电压的脉动特性，通过滤波电容对直流电源进行控制，使直流电压保持平稳。调速系统的电源电路设计需要根据功率模块的特点进行分析，要确保系统整流后得出直流母线电压的稳定，使其能够适应电机控制工作。逆变电路设计时，需要考虑系统的可靠性，可以运用智能功率模块适配各种功率场合，有效解决高低压电路间绝缘问题和温度升高问题，通过集成化技术条件提高电路系统质量[3]。驱动电路设计要注意主电路与控制电路之间的关联，要确保智能功率模块驱动可以为整个系统运行提供安全可靠的帮助，保证相互隔离的电源之间有良好的电气隔离，避免控制信号在传输转换中受到干扰，可以采用光耦隔离、脉冲变压器等方式进行电路隔离。

2、故障保护电路

　　故障保护电路需要对控制系统进行防护和保护，一般包含电压欠压保护、过热保护等功能，可以避免控制系统的模块由于欠压、过热等因素而烧毁。设计故障保护电路时，要注意故障信号的传输设计，确保故障发生后系统可第一时间启动保护电路动作，并输出故障信号，以便后续检修维护工作进行。

3、控制电路

　　交流电机变频调速控制系统的控制电路一般由核心控制芯片与外围扩展电路组成。核心控制芯片可进行数字信号处理，能够保证设备的控制性能，其设计中除了核心控制功能研发外，还要注意防人为干扰因素、独立编程、内部储存空间、兼容性等设计，应尽可能符合工业生产需求[4]。外围扩展电路则主要由电流检测电路、转速检测电路以及通信电路组成，能够将检测到的模拟信号转换为控制芯片可识别的信号，从而进行数字化控制，实现对电机调速系统的控制。

三、交流电机变频调速控制系统在工业生产中应用

1、交流电机变频调速控制系统的应用价值

　　变频调速技术在钢铁工业生产中有着良好的应用价值，变频调速可通过保持定子磁链与转子磁链夹角从而对电机扭矩进行控制，加强控制的精度，避免电机磨损过度而损坏，延长设备使用寿命。交流电机变频调速技术中变频器是比较重要的设备，钢铁工业生产中应用交流电机变频调速控制系统，需要结合实际工作需求选择变频器类型。比如，钢铁行业冶金辅助风机水泵、辊道、高炉卷扬等，可使用通用变频器；冶金的主轧线、飞剪等，可使用矢量变频器。

2、变频器设备选型的基本原则

　　企业要考虑变频器运行的经济性与安全性要求，准确进行选型。在选择变频器前，企业要对工业生产所需控制对象的性能进行分析，研究交流电机变频调速的工作场景，对启动转矩、调速精确、调速范围进行综合研究，选择使用矢量变频器或通用变频器。在选择变频器时，要充分考虑工业生产环境的特点，若设备所处场合长期高温、大负荷，异常或停机会出现严重后果，则要将变频器容量放大一档。此外，如果目标负载波动大，现场为绕组电机、同步电机或多极电机，设备应用场合的电网长期偏低或负载接近额定，也需要选择大容量的变频器设备。企业可以在了解系统负载特性的基础上，选择G型或P型变频器

[5]。在实际选型时，注意对电机参数进行分析，确定电机的额定电流、额定电压差别。将生产中负载可能出现的最大电流作为待选变频器的额定电流，若最大电流小于适配电机额定电流，则可根据适配电机来选择变频器。

3、变频调速系统改造的意义

　　近年来工业生产中针对交流电机变频调速控制系统的国产化改造正在不断增加，国产化改造一方面可以降低设备成本，提高系统可控性，另一方面也有助于技术进步，降低对进口产品的依赖。目前工业生产中交流电机变频调速控制系统中相当一部分依靠进口，进口设备会增加企业的采购成本，而国产化改造能够帮助企业节约资金，可以对变频调速系统进行精细化管理，结合工业生产的实际需求进行定制化改造，进一步提高工业生产效率。目前变频调速控制系统改造中，变频器的设计与开发、设备负载性能分析、传感器选择与安装等都是亟待解决的技术难点。企业需要投入更多的研发能力，针对交流电机变频调速控制系统进行改造与研发，不断优化生产流程，才能够更好的运用变频调速系统，提升产品生产质量，降低工业生产成本。

结束语：

　　交流电机变频调速控制系统能够为工业生产提供良好的传动条件，分析和了解交流调速技术的特点，有助于更好的发挥其作用。在钢铁工业生产中，企业应该结合生产工艺特点、设备所处场合，选择合适的变频器设备，并根据生产的具体要求，运用合理方式进行变频调速，确保设备处于良好的运转状态，降低生产中能源消耗，提高产品的生产效率，有效延长各类设备的使用寿命。

参考文献：

[1]吴联合,梁猛,韩广禄等.无缝钢管生产领域用中压变频调速系统国产化改造[J].钢管,2023,52(05):75-79.

[2]付乐,杨林初,朱鹏程等.交流电机变频调速装置的设计与研究[J].工业仪表与自动化装置,2022,14(02):16-20.

[3]吴长锋.交流电动机的变频调速技术分析[J].造纸装备及材料,2021,50(12):32-33.

[4]董云鹏,陈笃超,季宝伟等.同步电机变频调速的矢量控制及仿真[J].电子技术与软件工程,2020,27(07):120-121.

[5]苗立伟.交流电机变频调速控制系统研究[J].中国设备工程,2020,08(05):94-95.