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摘要：近年来，经济的发展，促进我国科技水平的提升。随着变频调速技术的发展，通过变频器进行调速已成为交流电机调速的主流方式，广泛应用于一般农业和工矿企业，如水泵、鼓风机、运输机械、农业机械。变频专用电机通过变频器变频调速控制，在使用过程中具有变速和节能双重优势，应用领域越来越广。本文就低压变频调速电机的特点和变频调速节能控制应用展开探讨。
关键词：变频调速；特点；节能
引言
变频控制系统作为节能和调速的重要方法，被越来越多的企业使用。但是随着变频调速的多样化和变频器逐年老化，控制系统经常会出现故障，导致相关设备停运，这对需要连续生产的企业来说非常致命。因此，探讨低压变频器调速系统的运行稳定性与节能控制很有必要。
1变频调速系统
交流传动系统就是使用交流电动机进行调速的系统，主要分为交流异步电动机和交流同步电动机两类。交流异步电动机的调速方法较多，如降低电压调速、转子串电阻调速、改变极对数调速及变频变压调速等。其中，前两类效率较低；第三类无法实现无级调速；仅有第四类可以在满足较高效率的同时实现无级调速，构成高性能的交流调速系统，进而取代直流调速，所以本文将着重介绍。同步电动机因为其结构特点，仅能采用变频变压调速。变频器是变频调速的核心设备，通常分交-直-交和交-交两大类。前者由整流回路、直流回路及逆变回路3个部分组成。由于在输入和输出交流回路之间多出一个直流回路，所以又称间接式变频器。此类变频器的整流回路一般是由电力二极管组成的不可控整流桥，但是如果变频器有能量回馈的要求，整流器也会由IGBT或者IGCT等可控元件组成。直流回路根据采用的滤波器的不同，分为电压源型和电流源型。电压源型采用大电容滤波，电压稳定不易波动，且由于大电容提供的无功补偿，系统的功率因数较高。电流源型采用大电感滤波，动态响应较快，但功率因数和运行稳定性略差。逆变回路一般是由IGBT或者IGCT等可控元件组成，并利用脉宽调制（PWM）技术对输出电压和频率进行控制。
2变频专用电机设计特点和节能优势
变频专用三相异步电动机设计时需考虑的主要因素：（1）变频调速电机运行在一个区间，不仅考虑在额定状态下具有较佳的性能，重点考虑在整个运行区间都具有较好的运行性能。（2）变频调速系统中，功率因数的高低对系统，尤其对变频器的工作状态影响大。低功率因数时，需要更大容量的变频器，同时，大容量变频器的使用会造成系统效率降低，谐波分量增加。（3）由于变频器的开关作用，使得电压，电流时间谐波增加，电机内部电磁谐波随之增加，定转子齿槽分布产生的齿谐波，在一定条件下可与电流时间谐波相互抵消，因此，定转子槽数，槽形及其尺寸设计应考虑减小磁场谐波分量。（4）变频电机可通过变频变压控制，满足对启动性能的要求，设计中，转子槽形只需考虑满足稳定运行时的最优性能来优化设计，转子的电阻和漏抗应尽量小。
3变频电机的启动和变频器的V/f控制
采用变频器控制的变频电机运转时一般在低频起动，随着电源频率和电压的提高，电机逐渐加速，平滑起动（起动时间变长）。恒转矩和恒功率运行时的转矩-转速特性图。一般变频电机起动时，起动电流为额定电流的1.2～1.5倍，起动转矩为70%～120%额定转矩，可满载起动。根据变频器类型不同，变频电机的起动电流限制在额定电流的125%～200%以下。预置启动模式可以充分利用电机最大转矩，以满足启动转矩和加减速的要求。（1）最低转速时转矩值受电机允许温度和电压可提升限值的限制；（2）恒转矩最低转速受电机允许温度的限制；（3）基准定额点位于恒转矩的高速端；（4）恒功率最大工作转速受最大允许转速的限制。变频器的压频比由变频器的基准电压与基准频率两项功能参数的比值决定，其比值为电机的额定电压与额定频率之比，即基准电压（V）/基准频率（f）=压频比。通用变频器一般采用V/f控制，即变压变频（VVVF）方式调速，因此在使用前正确设定变频压频比，对保证变频器的正常工作至关重要。基准电压与基准频率参数的设定，不仅与电动机的额定电压与额定频率有关，而且还必须考虑负载的机械特性。对于专用普通变频三相异步电动机，调速应用时，其基准电压与基准频率按出厂值设定（基准电压380V，基准频率50Hz），满足使用要求。对于某些行业使用的特殊电机，必须根据实际情况重新设定基准电压与基准频率的参数。V与f的比例关系是考虑到电机特性而预先决定的，通常在控制器的存储装置（ROM）中存有几种特性，用开关或标度盘进行选择。频率下降时完全成比例地降低电压，由于交流阻抗变小而直流电阻不变，将造成在低速时转矩减小的倾向。
因此在低频时给定V/f，要使输出电压提高一些，以便获得一定起动转矩。增强起动转矩，可以采用各种方法实现，有自动进行、选择V/f模式或调整电位器等方法。基频以上恒转矩负载增速时，要求变频电机的电流和功率增加，需要增大变频器和变频电机容量。像输送带的恒转矩负载，设基准速度为50Hz，50Hz以上为恒功率输出特性，如果保持恒转矩增速为80Hz时，变频器和变频电机容量需要增大为80/50≈1.6倍。频率下降（低速）时，电压降低，如果输出相同的功率，则电流增加，为避免电机过热，此时也需增加变频器和变频电机容量，其容量与频率的降低成反比。
4变频技术在低压电机中的节能应用措施
4.1 合理利用电机变频控制节能技术
合理利用电机变频控制节能技术是电机变频控制节能技术的有效应用，是将电机变频控制技术在实际中的一种有效落实。合理利用电机变频控制节能技术是对一些电路设备的有效保护，降低设备中电能的损耗。
例如，家庭中常用到的冰箱，一天24小时冰箱都会涉及到起机的情况，降低冰箱内温度，保障食物的新鲜度，冰箱运转的时候会增加电机的转速，对电能产生一定消耗，当冰箱内温度达到设置温度后，电机依然会继续转动，电能依然在损耗当中，合理利用电机变频后，冰箱温度达到设置温度后，电机转动速度会变慢，依靠电机变频对冰箱内部的线路进行调整，改变了电机一直转动的情况，降低电能的损耗。这种合理利用电机变频控制节能技术，为人们生活用电节约了部分电力能源，保障了设备的用电情况。
4.2 直接转矩控制
分析实际应用情况可知，矢量控制和直接转矩控制都是高性能的交流调速系统控制方式，两者都以异步电动机的动态数学模型为基础，对转矩和磁链分别进行控制。矢量控制通过复杂的旋转坐标变换控制转子磁链，可实现较宽的调速范围，但是易于受到转子参数的影响，降低了系统的鲁棒性；而直接转矩控制通过较简单的静止坐标变换控制定子磁链，不受转子参数影响，但是也因此存在脉动转矩，调速范围会窄一些。此外，这些变频器控制技术还有无速度传感器控制和有速度传感器控制的区别。有速度传感器的技术因为在PID调节环中又加入了速度反馈，可以实现更精确的速度控制，配合矢量控制或者直接转矩控制技术，可以实现更广泛的应用场合。无速度传感器控制则可以用于一般调速精度的场合。
4.3 利用电机变频控制节能技术调整发展方向
利用电机变频控制节能技术调整发展方向，锻炼了工作人员技术方面的能力，为他们提供了节约能源方面的思考，对电机设备发展扩大出其他设计思路，增加工作人员技术能力，让电机变频控制节能技术调整发展方向跟上时代的要求。调整发展方向是对工作的负责，让电机变频控制节能技术更有发展空间，让工作人员工作更有竞争力。利用电机变频控制节能技术改变了电机在设备中的负荷，降低电机过热运转的情况，让电频驱动减缓电机过热对设备的影响，增加电机散热情况。电机变频在设备中的应用可以为网络技术带来良好的接触点，增加电机设备的现代化气息，让电机发展向着新时代不断前进。
5 结束语
电机变频控制节能技术的应用研究为工作人员增加了技术提升点，改变电机在设备中的运转情况，降低电机过热和对电能的浪费情况，利用电机的变频驱动能力，平稳电机设备中的电压等情况，为电机设备使用提供质量方面的保障，增加工作人员在电机变频控制节能技术中技术水平，调整电机发展方向，让电机发展跟上时代的潮流。
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