变频器的控制及选型
００６年９月第９期
应用技术２ＴＡＩＹＵＡＮＳＣＩ－ＴＥＣＨ
文章编号：１００６－４８７７（２００６）０９－００７６－０２
变频器的控制及选型
吕
摘要：论述了变频器的控制方式及选型。通过对转矩控制型变频器的选型及相关问题的分析，提出了选型原则，变频器的外部配置及其应注意的问题。关键词：变频器；无级调速；选型中图分类号：ＴＰ２７２
文献标识码：Ａ
凯
曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢，电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等，因此人们又研究出矢量控制变频调速。１．２
电压空间矢量（ＳＶＰＷＭ）控制方式
电压空间矢量控制方式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；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。但其控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。１．３
矢量（ＶＣ）控制方式
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Ｉａ，Ｉｂ和Ｉｃ等效成两相静止坐标系下的交流电流Ｉａ１和Ｉｂ１，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和Ｉｔ１（Ｉｍ１相当于直流电动机的励磁电流，Ｉｔ１相当于与转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。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度、磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换实现正交或解耦控制。１．４
直接转矩（ＤＴＣ）控制方式
直接转矩控制技术在很大程度上解决了上述矢
变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。２０世纪６０年代以后，电力电子器件经历了晶闸管（ＳＣＲ）、门极可关断晶闸管（ＧＴＯ）、双极型、ＭＯＳ控制晶体管（ＭＧＴ）、功率晶体管（ＢＪＴ）
、绝缘栅双极型晶体管ＭＯＳ控制晶闸管（ＭＣＴ）
（ＩＧＢＴ）和耐高压绝缘栅双极型晶闸管（ＨＶＩＧＢＴ）的发展过程，器件的更新促进了电力电子变换技术的不断发展。２０世纪７０年代初，脉宽调制变压变频（ＰＷＭ－ＶＶＶＦ）调速研究引起了人们的高度重视。２０世纪８０年代，作为变频技术核心的ＰＷＭ模式优化问题引起诸多科研人员重视，并研究出诸多优化模式。２０世纪８０年代后半期，美国、日本、德国、英国等发达国家的ＶＶＶＦ变频器投入市场并获得了广泛应用。１
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０．７５～４００．００ｋＷ，工作频率为０～４００Ｈｚ，它的主电路都采用交流—直流—交流电路。其控制方式经历了以下四代。１．１
正弦脉宽调制（ＳＰＷＭ）控制方式
正弦脉宽调制控制方式的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，已在许多产业得到广泛应用。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。另外，其系统性能不高、控制
收稿日期：２００６－０７－１２；修回日期：２００６－０７－２４
作者简介：吕凯（１９７３－），男，山东临清人。１９９６年７月毕
业于太原理工大学，助理工程师。
量控制的不足，并以新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的动态、静态性能得到了迅速发展。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，也不需要为解耦而简化交流电动
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应用技术
机的数学模型。１．５
矩阵式交流—交流控制方式
ＶＶＶＦ变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交流—直流—交流变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交流—交流变频应运而生。由于矩阵式交流—交流变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为ｌ，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大（该技术目前尚未成熟，有待科研人员深入研究）。其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。具体方法如下：
１）控制定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感器方式；
２）自动识别（ＩＤ）依靠精确的电机数学模型，对电机参数自动识别；
３）算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等，算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制。２
变频器控制方式的合理选用
控制方式是决定变频器使用性能的关键所在。目前市场上低压通用变频器品牌很多，包括欧洲、美国、日本及中国的共５０多种。选用变频器时不要认为档次越高越好，而要按负载的特性，以满足使用要求为准，这样做既经济又实惠。３
转矩控制型变频器的选型及相关问题
基于调速方便、节能、运行可靠的优点，变频调速器已逐渐替代传统的变极调速、电磁调速和调压调速方式。在推出ＰＷＭ磁通矢量控制的变频器数年后，１９９８年末又出现采用ＤＴＣ控制技术的变频器。直接转矩控制以测量电机电流和直流电压作为自适应电机模型的输入。该模型每隔２５μｓ产生一组精确的转矩和磁通实际值，转矩比较器和磁通比较器将转矩和磁通的实际值与转矩和磁通的给定值进行比较，以确定最佳开关位置。由此可以看出它是通过对转矩和磁通的测量，即刻调整逆变电路的开关状态，进而调整电机的转矩和磁通，以达到精确控制的目的。３．１
选型原则
首先要根据机械对转速（最高、最低）和转矩
（起动、连续及过载）的要求，确定机械要求的最大
输入功率（即电机的额定功率最小值）。有经验公式：Ｐ＝ｎＴ／９９５０，
——机械要求的输入功率，ｋＷ；式中：Ｐ—
——机械转速，ｒ／ｍｉｎ；ｎ—
——机械的最大转矩，Ｎ・Ｔ—ｍ。
然后，选择电机的极数和额定功率。电机的极数决定了同步转速，要求电机的同步转速尽可能地覆盖整个调速范围，使连续负载容量高一些。为了充分利用设备潜能，避免浪费，可允许电机短时超出同步转速，但必须小于电机允许的最大转速。转矩取设备在起动、连续运行、过载或最高转速等状态下的最大转矩。
最后，根据变频器输出功率和额定电流稍大于电机的功率和额定电流的原则来确定变频器的参数与型号。３．２
变频器的外部配置及其应注意的问题１）选择合适的外部熔断器，以避免因内部短路对整流器件的损坏。变频器的型号确定后，若变频器内部整流电路前没有保护硅器件的快速熔断器，变频器与电源之间应配置符合要求的熔断器和隔离开关，不能用空气断路器代替熔断器和隔离开关。２）选择变频器的引入和引出电缆，根据变频器的功率选择导线截面合适的三芯或四芯屏蔽动力电缆。尤其是从变频器到电机之间的动力电缆一定要选用屏蔽结构的电缆，且要尽可能短，这样可降低电磁辐射和容性漏电流。当电缆长度超过变频器所允许的输出电缆长度时，电缆的杂散电容将影响变频器的正常工作，为此要配置输出电抗器。对于控制电缆，尤其是Ｉ／０信号电缆也要选用屏蔽结构。３）根据变频器安装场所的其他设备对电网品质的要求，若变频器工作时已影响到这些设备的正常运行，可在变频器输入侧装交流电抗器或ＥＭＣ滤波器，抑制由功率器件通断引起的电磁干扰；若与变频器连接电网的变压器中性点不接地，则不能选用ＥＭＣ滤波器。当变频器用５００Ｖ以上电压驱动电机时，需在输出侧配置ｄｕ／ｄｔ滤波器，以抑制逆变输出电压尖峰和电压的变化，这样有利于保护电机。（西山煤电股份有限公司太原选煤厂，山西太原
０３００２３）
（责任编辑
刘长生）
（英文部分下转第８０页）
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所示，它说明了在较高ｐＨ值下有较高的表面活性剂的去除率。
然而我们必须注意的是：由于来自生活污水中表面活性剂的量是随机的，对污水处理来说，其某批次的污水中表面活性剂的量又可以看作是一定量，因此，在对污水进行处理时，可把ｐＨ值调节到９～１１之间，以确保电气浮法能在较高的去除效率范围内工作。６
结束语
１）利用电凝聚反应器进行电气浮法在去除生
活污水中的ＤＢＳ等表面活性剂可获得良好效果，对
５讨论
从上述结果中可以看出，当利用电凝聚反应器
不同浓度的ＤＢＳ平均去除效率可达９１．２％。２）在达到最佳去除效率时，电气浮法处理生活污水所需的电解时间为１５ｍｉｎ，电流强度为０．７～０．９Ａ。
３）较高的ｐＨ值（９～１１）和较高的Ｎａ＋离子浓度将有利于用电气浮法去除生活污水中的ＤＢＳ。
参考文献：
［１］ＥｎｇｌａｎｄＧＬ，ＣｏｌｌｉｎｓａｎｄＧＪ，Ｊａｍｅｓｏｎ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅ
ＦｌｏｔａｔｉｏｎｏｆＦｉｎｅＰａｒｔｉｃｌｅｓ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，１９７６（３１）：９８５．
［２］ＺａｂｋｅＩＦ．ＴｈｅＡｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆＤｉｓｓｏｌｖｅｄＡｉｒＦｏｌｔａｔｉｏｎ
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［３］张绍衡．电化学分析法［Ｍ］．重庆：重庆大学出版社，１９９５：
２１－２２．
［４］国家环境保护局．水和废水的分析方法［Ｍ］．北京：中国环
境科学出版社，１９８９．
（太原市市政工程管理处，山西
太原
０３０００２）
赵
娟）
（责任编辑
的电气浮法处理ＤＢＳ等表面活性剂时，电流强度对除去污水中ＤＢＳ有明显的影响，当电流强度较大时去除效果最佳。
此外，ｐＨ值去除效果也很显著，当ｐＨ＜７时，可明显地看出去除效果较差，而当ｐＨ＞７时，去除效果就明显提高，其原因可解释为：在稀溶液中，部分ＤＢＳ会解离为离子，使污水呈现微碱性。
可见，在这种情况下，由于生成了非斥水性的十二烷基苯磺酸，会导致这种表面活性剂去除效率下降的局面。众所周知，在稀溶液中发生的解离作用通常均为可逆反应，如果我们在处理中适当地提高污水的ｐＨ值，则由于污水中的Ｎａ离子浓度的
＋
增大，势必会导致反应向左侧逆转，从而提高了气浮法的去除效率。
ＷｉｐｉｎｇｏｆｆＭｔｈｏｄｓｏｆＥｘｔｅｒｉｏｒＡｃｔｉｖａｔｅｄＤｏｓａｇｅｉｎＬｉｖｉｎｇＳｅｗａｇｅ
ＺｈａｎｇＸｉａｏｈｏｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｘｐｏｕｎｄｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｆｌｏａｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｉｔｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｅｓｔｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔ，ａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ，ｐｏｉｎｔｓｏｕｔｅｌｅｃｔｒｉｃｆｌｏａｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｃａｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙｗｉｐｅｏｆｆｔｈｅＤＢＳｉｎｌｉｖｉｎｇｓｅｗａｇｅ，ｏｂｔａｉｎｉｎｇｏｂｖｉｏｕｓｅｆｆｅｃｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｖｉｎｇｓｅｗａｇｅ；ｅｘｔｅｒｉｏｒａｃｔｉｖａｔｅｄｄｏｓａｇｅ；ＤＢＳ（上接第７７页）
ＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＴｙｐｅＳｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ
ＬｖＫａｉ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：
Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｘｐｏｕｎｄｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｙｌｅａｎｄｔｙｐｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ．
Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｏｒｑｕｅｄｏｍｉｎａｔｅｄ
ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｐａｐｅｒｓｅｔｓｏｕｔｓｅｌｅｃｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｔｈｅｏｕｔｅｒｃｏｌｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｔｈａｔｄｅｓｅｒｖｅｏｕｒａｔｔｅｎｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ；ｓｔｅｐｌｅｓｓｔｉｍｉｎｇ；ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ