针对智能食品搅拌机变频器驱动策略的设计--中国期刊网

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针对智能食品搅拌机变频器驱动策略的设计

发表时间：2021/5/27 来源：《基层建设》2021年第2期作者：张福波

[导读] 摘要：当今食品加工作坊对食品搅拌机的需求日益增大，食品搅拌机作为混合搅拌食品原料的设备，其工作稳定性及参数对食品质量起到了举足轻重的作用。

        江门市大晖科技有限公司广东江门 529000
        摘要：当今食品加工作坊对食品搅拌机的需求日益增大，食品搅拌机作为混合搅拌食品原料的设备，其工作稳定性及参数对食品质量起到了举足轻重的作用。但市场常采用通用变频器而缺乏针对食品搅拌机变频器的设计生产，导致食品搅拌机的功能需求与通用变频器的性能不相匹配。
        关键词：智能食品；搅拌机；变频器驱动
        引言
        最近几年，随着我国电气行业的不断发展和自动化技术的不断普及，变频驱动技术在电机驱动控制中占据着举足轻重的地位，不仅有效实现了无级调速，还降低了电机启动所需电流，同时，还取得了良好的技能环保控制效果。因此，为了更好地发挥和利用变频器的应用价值，如何将变频器科学应用在变频电机驱动控制中是相关人员必须思考和解决的问题。
        1食品搅拌机的现状及不足
        市面上的食品搅拌机将转速一般分为低速、中速、高速三档，对应使用不同的搅拌器。低速档位主要用于搅拌面粉等高粘度流体，中速档位用于搅拌糊、浆、混合糖与黄油等中粘度流体，而高速档位用于打发奶油、蛋白等低粘度流体。随着生活质量的提高，人们对食品搅拌机的低噪声、振动小、重量轻等要求越来越高，但当食品搅拌机处于低速档位运行时，此时电动机定子绕组电流较大，加上逆变器提供的电源为非正弦电压，因此会带来可闻的电磁噪声，此类噪声受变频器影响，频率集中在1~15kHz，处于人耳敏感听觉频率范围内，因此影响甚大；另一方面，由于低速档位对变频器、电动机的要求较高。
        2变频电机驱动控制系统的工作原理
        变频电机驱动控制系统主要由以下四个部分组成，分别是整流电路、逆变电路、制动电路和滤波电路。这些电路产生的波形主要以脉冲方波为主，该波形内部主要由高次谐波组成，波形频率会随着电路中电压的变化而变化。该系统的工作原理如下：变频器通过利用RS485接口，对主控系统发出的命令进行接收，如风扇在转动的过程中，会产生转速信号，主控计算机利用RS485接口，对变频器的启动或者关闭进行远程操控，此时，变频器通过利用RS485接口，向主控计算机系统发送和传输自身产生的转速信号。变频器的作用在于实现电缆与变频电机的有效连接，在变频器的应用背景下，相关人员可以采用信号转换的方式将电机驱动液压泵产生的大量脉冲信号进行转换处理，然后，利用风扇转速将转换后的脉冲信号发送和传输给变频器，由变频器对，风扇的实际转速进行准确统计、计算和读取，并采用闭环的方式对风扇转速进行全面控制，使得风扇最高转速达到5500r/min，控制精度范围在5545r/min—5555r/min之间，此外，为了更好地保证控制精度的准确性，相关人员要在有效结合实际情况的基础上，对风扇的控制精度进行科学合理地调整。因此，变频电机驱动控制系统具有非常高的应用价值和推广价值，被广泛地应用于电力行业中，并取得了良好的应用效果。
        3电机变频器控制技术的具体应用
        3.1电压矢量控制
        在电机变频器控制技术的应用背景下，相关人员可以采用读取电流的方式，针对坐标变换的实际情况，实现对电压矢量的有效控制。在这个过程中，相关人员需要严格按照直角坐标标注的位置，采用电流同步转换的方式实现对电机三相的子电流进行科学控制。同时，在进行变换的过程中，相关人员要根据相关变换要求，利用静止坐标送，通过采用同步变换的方式对电流矢量进行科学变换，然后，在利用电机两相的基础上，根据静止坐标调整的相关标准和要求，电机内部的电压进行控制，以最大限度地提高电压矢量控制效果。此外，在对电机内部的电压进行变换的过程中，相关人员要在充分考虑直流电机控制需求的前提想下，严格按照坐标逆变的相关规范和要求，对异步电机的整体电压控制量进行全面了解和把握，以实现对电机电压矢量的有效控制。此外，在对直流电机进行控制的过程中，相关人员还要采用单独控制的方式对电动机的转速和磁场进行分开控制，同时，还要在有效结合速和磁场两个不同分量实际控制情况的前提下，进一步修正、优化和完善直流电机的控制流程。

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但是，在具体的实践中，由于电压矢量具有很高的复杂性，需要相关人员要综合考虑相关参数对电机的不同影响，严格按照相关控制标准和要求，不断提高电压矢量控制效率和效果。
        3.2直接转矩控制
        直接转矩控制技术能够弥补电压矢量控制中存在的短处，而且优点在于结构较为简单，动静态性能强。经过研究人员对其不断的完善，直接转矩技术已经被应用到大功率电机牵引交流传动中。直接转矩可以在定子坐标下建立交流电机的数字模型，省去了很大一部分的矢量变换计算步骤，发展前景更为广阔。
        3.3矩阵式交-交控制
        变频器电路中的交流-直流-交流变频控制方式的输入功率较低，高谐波电流大，对于电机的容量要求高，而变频控制技术中的矩阵式交流-交流控制技术可以改善这些缺点，实现能源在电网中的循环反馈。而矩阵式的控制方式将其中的直流变流环节省去，降低了成本，提高了效率。这种方法不需要通过控制电流以及磁链驱动电机，可直接控制转矩，对转矩的精度有更高的控制。
        4变频调速方式的技术优势
        4.1实现了无级调速
        因为变频电机使用的变频器能够控制电机的调速方式，原理上可以运行任何一种转速，调速时具有很好的平滑性，精度也相对高一些。当电机处于低速运转时，能够输出较大的转矩，这可以缩短电机启动时的响应时间，提高电机的启动速度。
        4.2启动时需要的电流较小
        电机在启动时会产生较大的电流和振动，对电机的性能是有一定的损耗的。相比于直流电机使用时产生较大的启动电流冲击电网来说，变频调速对电网的冲击性小，节能效果强，对电网的容量大小要求没那么严格，能够延长电机设备的使用年限。
        4.3变频电机的体积小
        传统直流电机体积非常大，而且运行效率不高，容易产生错误，变频调速电机的体积小很多，而且结构简单，生产成本低，后期维护使用更加方便，具有更大的推广价值。
        4.4节能效果好
        任何类型的机械设备在使用的过程中都会产生大量的富余量，用于驱动功能的开启，对于普通电机而言，当运行速度比较低时，多余的转矩无疑会增大消耗功率，导致电能的严重浪费。对于变频电机而言，输出的转矩通常比较小，同时，还能降低输出功率，提高电能的利用率，很好地节约了电能，避免电力企业出现不必要的电能浪费，为更好地提高电力企业的社会效益和经济效益打下坚实的基础。
        结束语
        通过对食品搅拌机中逆变器的变频驱动策略的改进，通过提高载频，对基波掺入谐波，增加PID策略的形式，使食品搅拌机在搅动面粉等高粘度流体时不仅更加安静，还能够保持恒定输出电压，以保证力矩，解决了使用通用变频器的不足。除此之外，使用驱动策略还可以大大减小电动机容量，同样是20L和面搅拌机，市面上常用1500W电动机，使用本文驱动策略，可使用仅550W电机取代，更加高效节能。本文策略亦可推广至食品搅拌机中速、高速运行模式。但经过实验指出，使用驱动策略应注意变频器的散热及安装固定，同时做好防尘、防水等工作。
        参考文献：
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        [2]熊玉秀，王胜.用逆变器供电的三相鼠笼式感应电动机的可闻噪声分析[J].电机电器技术，1994（2）：15-19.
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