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摘要：变频调速控制系统是自动控制的核心装置，在直流调速系统中具有很重要的位置，自从引进以来得到了广泛的应用，但是如何对控制系统进行设计是业内人士关心的话题。本文针对这个问题分析了变频调速系统的基本原理并在此基础上设计了变频调速控制系统的方案。以期望能对变频调速控制系统的设计提供借鉴。
关键词：变频调速控制；原理分析；系统设计
0.引言
电子技术和自动控制理论的发展带来了电气传动技术的革命，在这种背景下变频调速控制系统也应运而生。我国从20世纪60年代开始使用变频调速控制技术，这项技术在我国广泛使用逐渐成为企业技术改革的主要侧重点。变频调速技术的使用可以大大提高电气的节能和质量标准。作为一项高新技术和基础技术变频调速已经被广发使用在冶金、机械和石油化工领域，因而对其控制系统设计进行探讨和分析是非常必要的。
1.变频调速系统的基本原理分析
变频技术是交流电机发展到一定程度而产生的，变频调速模式的优化引起了很多学者的兴趣。变频调速系统的关键装置是变频器，变频器主要分为交变频器、直变频器两种。下面对变频器的工作原理进行分析。
1.1变频器的基本构成
变频器的主要组成部分为整流器、中间环节和逆变器。首先，整流器。整流器的主要作用是通过电力开关将电网中的交流电变为直流电。其次，中间环节。经过整流器后的直流电压中含有频率为电源频率6倍的纹波，如果不对这些纹波进行处理直接进入逆变器，则逆变后的交流电压会很高，容易对电机造成伤害。所以，必须经过中间环节进行处理，减少高倍电压对电机的伤害。再次，逆变器。逆变器的主要作用是通过电力开关将直流电压再变成三相交流电，通过有规律的逆变器可以得到任意频率的电流。
1.2变频器的基本控制方案
通过三相交流电电动机的转速表达公式可以得知只要对电动机的供电频率进行平滑地调节，就可以实现电动机的变频调速。从电动机的转速来看，如果改变电压的频率就可以调节转速的大小，在实际中调节电源频率就可以调节定子的电压。在低频的情况下，定子的阻抗压降会比较明显，如果提高电压就可以对定子进行调节。如果在高频的情况下，频率可以网上升高，但是电压和额定电压不能在升高，一般都保持在最高额的电压上。只要能够迫使磁通与频率成比例地降低，则可以直接对变频器进行控制。
1.3变频调速的机械特性
在基频以上变频调速的时候，电压恒定它的机械性能比较恒定。变频调速器的机械性能与同步转速的表达式基本上一样。因此，当频率提高的时候同步转速的速度就会提高，最大转矩减少，机械性能提高。从变频调速器与其机械性能之间的关系公式可以看出由于转矩降落它的频率也会随之增大。由于频率提高而电压不变，则电机之间的气隙磁通就会减弱，从而导致转矩会减少与此同时转速也就升高了，这样输出的功率基本不会发生太大的改变。因而基频以上变频调速属于弱磁恒功率调速。
1.4矢量控制原理
交流异步电动机变频调速的矢量控制原理都是借鉴直流电动机调速原理来进行控制的。直流电动机磁场的定子分别激励，所以磁通和转矩分别进行独立控制，这使得直流电动机对转矩具有很好控制能力，这也是调速控制的主要优势所在。交流异步电动机与直流电动机具有一个共同的特征即直流电动机的主磁场与电枢磁场的运行在空间上是正交的。直流电动机的回路与电枢回路是分离的，能够分别控制，所以交流异步电动机和转矩就构成了定子电流矢量。将定子电流矢量分解成为励磁电流分量和转矩电流分量，然后使两个分量相互垂直。模仿直流电流调速系统的控制特定对电磁转有效控制，这也是矢量控制的基本原理。
2.变频调控控制系统设计
2.1设计方案
新一代的技术变频器能够采用开环式对转速和转矩进行准确的控制，它的控制指标有动态控制和静态控制。直接转矩控制是以测量电机电流和直流电压来即将输入电机的电流进行控制。这个模型每隔25秒就会产生精确的转矩和磁通值，转矩和磁通比较的精确值会与实际要求的值进行比较，然后通过这个比较值来对开关位置进行确定。通过这个环节可以对转矩和磁通进行测量，然后再调整逆变电路的开关状态进行控制，从而可以达到精确控制的目的。
2.2系统结构
动力电机监控系统采用现场总线方式来对电气参数进行采集，用工业以太网接口技术与上位系统进行通讯。在这个系统中有计算机、交换机和显示器等，上位系统的主要功能有显示画面、控制现场设备和信号报警并且对事件进行报警打印。上位机的操作指令也是通过以太网在往下传输给PLC做出相应的控制变频运行。在电动机轴端的位置安装测速装置，通过这个装置可以将信号反馈到变频器，从而使整个系统组成封闭的环形调节系统，这个系统的控制方式通过操作台上的手动或自动来选择开关。当人工输入转速的时候，就应该选择手动位置此时PLC控制器的自动装置不起作用。
电动机的保护由于变频器完成，这个系统包括过滤保护、输出短路保护和过温保护等。变频器的电源是由两台箱式变压器组成的，这个变频电源可以通过现场总线与PLC进行连接，这样就可以将变频器内部的运行参数通过PLC显示在上位机的动态画面上，通过对动态画面的观察操作人员就可以观察变频器的运行情况，并可以直接在上位机上控制变频器的输出。
试验状态的监控系统分为三个子系统：空气系统、滑油系统和电加温控制系统，这三个系统之间是相互独立的并且可以通过同一个监控进行连接，共同完成实验监控并将数据导出到同一个数据库中。首先，控制系统选择和配置。控制系统的控制器选用CPU374和930模块，模块上有一个100M的以太网卡。通讯卡都装置在CPU模块上，因而可以提高通讯模块的速度，支持以太网的广播通讯方式。
系统自动控制过程主要通过GE930系统控制器完成，各个子系统的逻辑控制包括系统包括阀门开关、风温调节等，同时在監控及上通过编制各种状态系统参数、工艺参数和控制惨呼等，来对加热系统、空气阀门系统和润滑系统进行监控。电加热系统的电力监控数据源主要来自于调控柜，上位机通过PLC将采集到的信号输入到模拟信号系统中加以控制。
状态参数、工艺参数和报警信息可以在模块中形成固定的报表，从而根据数据的特征将结构数据导出到显示系统中。
2.3设计方案的特点
首先，总线控制的特点。总控制采用总线系统来采集数据可以大大节约采集成本、总线方式可以减少大量的电缆连接从而为后续的检查和控制提供便利、总线采集信号以数字的方式进行传输避免了传输过程易受干扰的弊端。其次，对EMC的电磁波干扰的防护措施。如果电动机容量过大，将导致电网电压的电流容易发生变形从而对电网造成污染。再次，自动和手动干扰切换的措施分析。采用智能的手动操作可以对调节变频器的输出频率进行输出，手动操作可以对变频器对自动变频器进行频率输出，并且保持输出与跟踪监测的输出频率保持一致。如果当变频器的自动控制切换到手动操作控制时，手动操作控制保持原来的输出频率。通过变频控制可以实现总线控制与端控制的自动控制，从而实现手动与自动控制的切换。
当变频器从手动控制切换到自动控制，PLC通过变频器的反馈信号来对跟踪变频进行监控，并使输出与跟踪检测变频器的输出频率保持一致。通过变频器控制实现自动控制与端控制的有效转换，从而实现手动与自动控制的自动切换。
3.结语
变频调速控制系统是自动控制技术的核心装置，本文根据变频调速系统的基本原理和矢量变化设计了变频控制系统的设计方案，从而使整个模拟系统可以实现总线控制、自动和手段控制的自动切换。
参考文献：
[1] 李永东.交流电机数字控制系统[M].机械工业出版社，2009.
[2] 可编程序控制器技术与应用系统设计[J].机械工业出版社，2010：52-53.
[3] 吴秋生.交流传动的应用与展望[J].自动化博览，2009：75-76
关键词：变频调速控制；原理分析；系统设计
0.引言
电子技术和自动控制理论的发展带来了电气传动技术的革命，在这种背景下变频调速控制系统也应运而生。我国从20世纪60年代开始使用变频调速控制技术，这项技术在我国广泛使用逐渐成为企业技术改革的主要侧重点。变频调速技术的使用可以大大提高电气的节能和质量标准。作为一项高新技术和基础技术变频调速已经被广发使用在冶金、机械和石油化工领域，因而对其控制系统设计进行探讨和分析是非常必要的。
1.变频调速系统的基本原理分析
变频技术是交流电机发展到一定程度而产生的，变频调速模式的优化引起了很多学者的兴趣。变频调速系统的关键装置是变频器，变频器主要分为交变频器、直变频器两种。下面对变频器的工作原理进行分析。
1.1变频器的基本构成
变频器的主要组成部分为整流器、中间环节和逆变器。首先，整流器。整流器的主要作用是通过电力开关将电网中的交流电变为直流电。其次，中间环节。经过整流器后的直流电压中含有频率为电源频率6倍的纹波，如果不对这些纹波进行处理直接进入逆变器，则逆变后的交流电压会很高，容易对电机造成伤害。所以，必须经过中间环节进行处理，减少高倍电压对电机的伤害。再次，逆变器。逆变器的主要作用是通过电力开关将直流电压再变成三相交流电，通过有规律的逆变器可以得到任意频率的电流。
1.2变频器的基本控制方案
通过三相交流电电动机的转速表达公式可以得知只要对电动机的供电频率进行平滑地调节，就可以实现电动机的变频调速。从电动机的转速来看，如果改变电压的频率就可以调节转速的大小，在实际中调节电源频率就可以调节定子的电压。在低频的情况下，定子的阻抗压降会比较明显，如果提高电压就可以对定子进行调节。如果在高频的情况下，频率可以网上升高，但是电压和额定电压不能在升高，一般都保持在最高额的电压上。只要能够迫使磁通与频率成比例地降低，则可以直接对变频器进行控制。
1.3变频调速的机械特性
在基频以上变频调速的时候，电压恒定它的机械性能比较恒定。变频调速器的机械性能与同步转速的表达式基本上一样。因此，当频率提高的时候同步转速的速度就会提高，最大转矩减少，机械性能提高。从变频调速器与其机械性能之间的关系公式可以看出由于转矩降落它的频率也会随之增大。由于频率提高而电压不变，则电机之间的气隙磁通就会减弱，从而导致转矩会减少与此同时转速也就升高了，这样输出的功率基本不会发生太大的改变。因而基频以上变频调速属于弱磁恒功率调速。
1.4矢量控制原理
交流异步电动机变频调速的矢量控制原理都是借鉴直流电动机调速原理来进行控制的。直流电动机磁场的定子分别激励，所以磁通和转矩分别进行独立控制，这使得直流电动机对转矩具有很好控制能力，这也是调速控制的主要优势所在。交流异步电动机与直流电动机具有一个共同的特征即直流电动机的主磁场与电枢磁场的运行在空间上是正交的。直流电动机的回路与电枢回路是分离的，能够分别控制，所以交流异步电动机和转矩就构成了定子电流矢量。将定子电流矢量分解成为励磁电流分量和转矩电流分量，然后使两个分量相互垂直。模仿直流电流调速系统的控制特定对电磁转有效控制，这也是矢量控制的基本原理。
2.变频调控控制系统设计
2.1设计方案
新一代的技术变频器能够采用开环式对转速和转矩进行准确的控制，它的控制指标有动态控制和静态控制。直接转矩控制是以测量电机电流和直流电压来即将输入电机的电流进行控制。这个模型每隔25秒就会产生精确的转矩和磁通值，转矩和磁通比较的精确值会与实际要求的值进行比较，然后通过这个比较值来对开关位置进行确定。通过这个环节可以对转矩和磁通进行测量，然后再调整逆变电路的开关状态进行控制，从而可以达到精确控制的目的。
2.2系统结构
动力电机监控系统采用现场总线方式来对电气参数进行采集，用工业以太网接口技术与上位系统进行通讯。在这个系统中有计算机、交换机和显示器等，上位系统的主要功能有显示画面、控制现场设备和信号报警并且对事件进行报警打印。上位机的操作指令也是通过以太网在往下传输给PLC做出相应的控制变频运行。在电动机轴端的位置安装测速装置，通过这个装置可以将信号反馈到变频器，从而使整个系统组成封闭的环形调节系统，这个系统的控制方式通过操作台上的手动或自动来选择开关。当人工输入转速的时候，就应该选择手动位置此时PLC控制器的自动装置不起作用。
电动机的保护由于变频器完成，这个系统包括过滤保护、输出短路保护和过温保护等。变频器的电源是由两台箱式变压器组成的，这个变频电源可以通过现场总线与PLC进行连接，这样就可以将变频器内部的运行参数通过PLC显示在上位机的动态画面上，通过对动态画面的观察操作人员就可以观察变频器的运行情况，并可以直接在上位机上控制变频器的输出。
试验状态的监控系统分为三个子系统：空气系统、滑油系统和电加温控制系统，这三个系统之间是相互独立的并且可以通过同一个监控进行连接，共同完成实验监控并将数据导出到同一个数据库中。首先，控制系统选择和配置。控制系统的控制器选用CPU374和930模块，模块上有一个100M的以太网卡。通讯卡都装置在CPU模块上，因而可以提高通讯模块的速度，支持以太网的广播通讯方式。
系统自动控制过程主要通过GE930系统控制器完成，各个子系统的逻辑控制包括系统包括阀门开关、风温调节等，同时在監控及上通过编制各种状态系统参数、工艺参数和控制惨呼等，来对加热系统、空气阀门系统和润滑系统进行监控。电加热系统的电力监控数据源主要来自于调控柜，上位机通过PLC将采集到的信号输入到模拟信号系统中加以控制。
状态参数、工艺参数和报警信息可以在模块中形成固定的报表，从而根据数据的特征将结构数据导出到显示系统中。
2.3设计方案的特点
首先，总线控制的特点。总控制采用总线系统来采集数据可以大大节约采集成本、总线方式可以减少大量的电缆连接从而为后续的检查和控制提供便利、总线采集信号以数字的方式进行传输避免了传输过程易受干扰的弊端。其次，对EMC的电磁波干扰的防护措施。如果电动机容量过大，将导致电网电压的电流容易发生变形从而对电网造成污染。再次，自动和手动干扰切换的措施分析。采用智能的手动操作可以对调节变频器的输出频率进行输出，手动操作可以对变频器对自动变频器进行频率输出，并且保持输出与跟踪监测的输出频率保持一致。如果当变频器的自动控制切换到手动操作控制时，手动操作控制保持原来的输出频率。通过变频控制可以实现总线控制与端控制的自动控制，从而实现手动与自动控制的切换。
当变频器从手动控制切换到自动控制，PLC通过变频器的反馈信号来对跟踪变频进行监控，并使输出与跟踪检测变频器的输出频率保持一致。通过变频器控制实现自动控制与端控制的有效转换，从而实现手动与自动控制的自动切换。
3.结语
变频调速控制系统是自动控制技术的核心装置，本文根据变频调速系统的基本原理和矢量变化设计了变频控制系统的设计方案，从而使整个模拟系统可以实现总线控制、自动和手段控制的自动切换。
参考文献：
[1] 李永东.交流电机数字控制系统[M].机械工业出版社，2009.
[2] 可编程序控制器技术与应用系统设计[J].机械工业出版社，2010：52-53.
[3] 吴秋生.交流传动的应用与展望[J].自动化博览，2009：75-76