變頻技術(shù)在機械加工設(shè)備中的發(fā)展

金曦冬

中車大連機車車輛有限公司 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，通過改變電動機的電源頻率有效的控制交流電機旋轉(zhuǎn)速度。變頻器主要部分分為整流裝置、逆變裝置、控制單元、檢測單元、驅(qū)動單元、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)的通斷來調(diào)整輸出頻率的變化，達到對控制電源的要求，其技術(shù)在各個領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用。

本文主要對變頻器在機械加工設(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，對直流電路進行濾波，將直流電逆變成幅度和頻率可調(diào)的交流電。從而實現(xiàn)將工頻交流電源變換成各種頻率的交流電源，實現(xiàn)對電機的調(diào)速控制的設(shè)備。簡稱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到電源頻率的一半，不能高速轉(zhuǎn)動同時造成很高的損耗。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。

逆變器采用六個可控硅開關(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)律接通和斷開控制開關(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)和電動機之間就會有無功功率的交換。

控制電路任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制、對整流器完成各種保護功能等。

二、變頻器在機械加工設(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)、壓縮機等以便于確保調(diào)速系統(tǒng)滿足電動機的工作需求。通過變頻器改變電機供電頻率，實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速，從而大幅降低工作成本，同時不會損失機械性能。具有啟動、停止、換向平穩(wěn)的效果；調(diào)速系數(shù)穩(wěn)定；啟動能耗小；對電網(wǎng)不會產(chǎn)生電流沖擊的影響；因此特別適用于多種傳動機械設(shè)備。我國是一個能耗大國，雖然具有豐富的自然資源，但是對于能源的利用率卻相對較低，變頻器技術(shù)的發(fā)展在很大程度上關(guān)系到我國節(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處于最節(jié)能的工作狀態(tài)。變頻機以其優(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)、機械加工、地鐵高鐵等多個領(lǐng)域，不僅確保了運行精度，同時也降低了成本投入。

2、變頻器在機械加工設(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，具備簡單易控的操作流程，受控裝置傳動平穩(wěn)性高等特點，目前已應(yīng)用到多種工業(yè)機械設(shè)備控領(lǐng)域。變頻器的出現(xiàn)在很大程度上提高了電機等電動機械的使用壽命，有效預(yù)防噪音污染、降低設(shè)備危險的同時，還能進一步提高電子機械的工藝水平及產(chǎn)品質(zhì)量。在開環(huán)控制和閉環(huán)控制模式下，電機調(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；功率因數(shù)與轉(zhuǎn)速呈正比，大幅提升電機使用效率；內(nèi)部配有微調(diào)控器，能夠?qū)崿F(xiàn)一機多控目的；大幅提高電機安全性能。

三、變頻器未來的發(fā)展趨勢

1、向一體化控制方向發(fā)展。經(jīng)過多年的不斷突破，近年來很多電器公司已經(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，進而提高了變頻技術(shù)在各個方面應(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)展的趨勢也逐漸顯示出來，變頻器逐漸形成體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡單且實用性較強。由此而可見，變頻器將向集成化的方向發(fā)展，提高變頻器運行性能的重要意義，提高變頻器的集成化程度和運行性能。

四、結(jié)束語

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)正越來越廣泛的深入到機械制造、能源開采、運輸設(shè)備、民用電器的各個領(lǐng)域，采用變頻調(diào)速裝置將使企業(yè)獲得巨大的經(jīng)濟利益，國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的需要。