金曦冬

中車(chē)大連機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司 遼寧 大連 116021

變頻技術(shù)和電子技術(shù)共同應(yīng)用組合成為變頻器是，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的電源頻率有效的控制交流電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度。變頻器主要部分分為整流裝置、逆變裝置、控制單元、檢測(cè)單元、驅(qū)動(dòng)單元、微處理單元等部分。變頻器主要工作原理是由控制單元控制IGBT(可控硅元件)的通斷來(lái)調(diào)整輸出頻率的變化，達(dá)到對(duì)控制電源的要求，其技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用。

本文主要對(duì)變頻器在機(jī)械加工設(shè)備中的發(fā)展和應(yīng)用做一些論述。

一、變頻器概述

1、變頻器。變頻器的工作原理是，將交流工頻電源整流成直流電，對(duì)直流電路進(jìn)行濾波，將直流電逆變成幅度和頻率可調(diào)的交流電。從而實(shí)現(xiàn)將工頻交流電源變換成各種頻率的交流電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的調(diào)速控制的設(shè)備。簡(jiǎn)稱(chēng)VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)。

2、變頻器的結(jié)構(gòu)和工作原理。變頻器根據(jù)主回路電路結(jié)構(gòu)的不同，可以分為交―交變頻器和交―直―交變頻器兩種結(jié)構(gòu)形式。

交―交變頻器又稱(chēng)直接式變頻器，它將工頻交流電直接換成其他各種頻率、電壓的交流電。通過(guò)輪流控制正組整流器和反組整流器兩組整流器，使其交替處于逆變和整流的狀態(tài)，從而獲得所需的頻率、電壓和電流。由于其控制方式限制了輸出頻率最高只能達(dá)到電源頻率的一半，不能高速轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)造成很高的損耗。因此，只能應(yīng)用在一些低轉(zhuǎn)速，環(huán)境條件惡劣的場(chǎng)所。

交―直―交變頻器，其主要構(gòu)成部分由主電路和控制電路組成，主電路又包括整流部分、直流環(huán)節(jié)和逆變部分，如圖1

圖1 交―直―交變頻器結(jié)構(gòu)

整流器的作用是把交流電整流成穩(wěn)定的直流電。

逆變器采用六個(gè)可控硅開(kāi)關(guān)器件組成三相橋式逆變電路是最常用的結(jié)構(gòu)形式。按照一定規(guī)律接通和斷開(kāi)控制開(kāi)關(guān)器件，可以輸出任意頻率的交流電，如圖2

圖2 三相電壓型逆變器主電路

直流環(huán)節(jié)使逆變器中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間就會(huì)有無(wú)功功率的交換。

控制電路任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制、對(duì)整流器完成各種保護(hù)功能等。

二、變頻器在機(jī)械加工設(shè)備中應(yīng)用現(xiàn)狀

1、變頻器調(diào)速的應(yīng)用。變頻器最初的研發(fā)目的在于民用的空調(diào)、壓縮機(jī)等以便于確保調(diào)速系統(tǒng)滿足電動(dòng)機(jī)的工作需求。通過(guò)變頻器改變電機(jī)供電頻率，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速，從而大幅降低工作成本，同時(shí)不會(huì)損失機(jī)械性能。具有啟動(dòng)、停止、換向平穩(wěn)的效果；調(diào)速系數(shù)穩(wěn)定；啟動(dòng)能耗??；對(duì)電網(wǎng)不會(huì)產(chǎn)生電流沖擊的影響；因此特別適用于多種傳動(dòng)機(jī)械設(shè)備。我國(guó)是一個(gè)能耗大國(guó)，雖然具有豐富的自然資源，但是對(duì)于能源的利用率卻相對(duì)較低，變頻器技術(shù)的發(fā)展在很大程度上關(guān)系到我國(guó)節(jié)能環(huán)保工作效率提高。變頻器的應(yīng)用能夠大幅提高電機(jī)處于最節(jié)能的工作狀態(tài)。變頻機(jī)以其優(yōu)異的節(jié)能性能廣泛應(yīng)用于空調(diào)設(shè)備、電梯控制、供水系統(tǒng)、機(jī)械加工、地鐵高鐵等多個(gè)領(lǐng)域，不僅確保了運(yùn)行精度，同時(shí)也降低了成本投入。

2、變頻器在機(jī)械加工設(shè)備中的應(yīng)用現(xiàn)在。變頻器技術(shù)由于調(diào)控管理界面人性化，具備簡(jiǎn)單易控的操作流程，受控裝置傳動(dòng)平穩(wěn)性高等特點(diǎn)，目前已應(yīng)用到多種工業(yè)機(jī)械設(shè)備控領(lǐng)域。變頻器的出現(xiàn)在很大程度上提高了電機(jī)等電動(dòng)機(jī)械的使用壽命，有效預(yù)防噪音污染、降低設(shè)備危險(xiǎn)的同時(shí)，還能進(jìn)一步提高電子機(jī)械的工藝水平及產(chǎn)品質(zhì)量。在開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制模式下，電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定性極高，具有平穩(wěn)提速和安全換向的優(yōu)勢(shì)；功率因數(shù)與轉(zhuǎn)速呈正比，大幅提升電機(jī)使用效率；內(nèi)部配有微調(diào)控器，能夠?qū)崿F(xiàn)一機(jī)多控目的；大幅提高電機(jī)安全性能。

三、變頻器未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

1、向一體化控制方向發(fā)展。經(jīng)過(guò)多年的不斷突破，近年來(lái)很多電器公司已經(jīng)研制出了DIPIPM模塊，該模塊的研制成功代表控制電路已經(jīng)達(dá)到了一體化和智能化的水平，高性能化的控制理念也被廣泛接受，進(jìn)而提高了變頻技術(shù)在各個(gè)方面應(yīng)用的可靠性和節(jié)能性。

2、向小型化、減磁噪方向發(fā)展。變頻器應(yīng)用屬于電器控制系統(tǒng)中使用較高的交換功率設(shè)備，隨著變頻調(diào)節(jié)技術(shù)及變頻器集成化方式的不斷完善，變頻器向小型化方向發(fā)展的趨勢(shì)也逐漸顯示出來(lái)，變頻器逐漸形成體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單且實(shí)用性較強(qiáng)。由此而可見(jiàn)，變頻器將向集成化的方向發(fā)展，提高變頻器運(yùn)行性能的重要意義，提高變頻器的集成化程度和運(yùn)行性能。

四、結(jié)束語(yǔ)

變頻調(diào)速技術(shù)的易控、節(jié)能、增效的一條有效途徑。這一技術(shù)正越來(lái)越廣泛的深入到機(jī)械制造、能源開(kāi)采、運(yùn)輸設(shè)備、民用電器的各個(gè)領(lǐng)域，采用變頻調(diào)速裝置將使企業(yè)獲得巨大的經(jīng)濟(jì)利益，國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要。