淺談變頻器在家用電器中的應(yīng)用目錄2097摘要 摘要：隨著我國工業(yè)現(xiàn)代化的推進(jìn)，自動化設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，變頻器在家用電器中的應(yīng)用也越來越普遍，對于變頻器的使用和維護(hù)要求越來越高。對于變頻器在家用電器應(yīng)用中的選擇和使用，日常檢查和維護(hù)，以及故障維護(hù)問題等，都需要有自己的理解和掌握。本文過變頻技術(shù)的發(fā)展歷程、應(yīng)用與現(xiàn)狀入手，闡述了變頻器的工作原理，分析了變頻器的實(shí)際應(yīng)用，針對變頻器的故障分析和維護(hù)，提出了相關(guān)建議措施，供相關(guān)從業(yè)人員參考。關(guān)鍵詞：變頻器；家用電器；使用；維護(hù)引言隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國科學(xué)技術(shù)水平快速提高，各行各業(yè)不斷進(jìn)行技術(shù)更新?lián)Q代，就在電氣工程的控制方面來看，變頻器的工作原理清晰，在具體的控制過程中控制效果理想。變頻器技術(shù)是現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中和家用電器中普遍使用的一種新技術(shù)，變頻產(chǎn)業(yè)得到飛速發(fā)展，產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模也日趨壯大。利用變頻器來解決實(shí)際問題時，對變頻器的使用和維護(hù)是非常有必要的，這能夠保持變頻器運(yùn)行的穩(wěn)定性，確保變頻器的使用能夠取得積極的效果，提高變頻器的質(zhì)量。一、變頻器的選擇（一）變頻器工作原理變頻器的電路主要是由控制電路和主電路共同組成。整流器主要工作在電流的調(diào)節(jié)上，可以將交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源。變頻器主要由人機(jī)界面、CPU和監(jiān)控系統(tǒng)等部分組成，其中控制系統(tǒng)是通過各部件之間的配合來實(shí)現(xiàn)的，其工作原理如圖1所示。圖1變頻器工作原理圖（二）變頻器的發(fā)展歷程變頻器控制系統(tǒng)的發(fā)展過程主要經(jīng)歷了不同時期的三個階段。（1）第一階段：①在1980年代初期，日本科學(xué)家提出了一種用于基本系統(tǒng)控制運(yùn)行磁通軌跡的電壓空間狀態(tài)的矢量法。該方法其中的假設(shè)為：三相波形通常其具有一定的整體效果，并且旨在近似于電動機(jī)氣隙中旋轉(zhuǎn)磁場的理想圓形路徑及其實(shí)現(xiàn)。②引入及組件進(jìn)入頻率補(bǔ)償控制以消除固定速度穩(wěn)態(tài)控制錯誤的階段。③根據(jù)電動機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型，通過直流信號再現(xiàn)相電流的方式，并根據(jù)相電流信號估算磁通幅度，并通過反饋控制的方式來有效的消除了定子電阻對低速運(yùn)行的影響。④輸出電壓和電流的閉環(huán)控制，以更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速的加速和減速。但是，在上述實(shí)際所列舉的四種歷程控制方法中，由于沒有轉(zhuǎn)矩控制這一調(diào)節(jié)模式，因此系統(tǒng)的整體性能并沒有得到較為實(shí)質(zhì)性的提高及改善。（2）第二階段：矢量控制。矢量控制方式的主要目的是控制轉(zhuǎn)子磁鏈，即以磁鏈為特定準(zhǔn)則，然后生成定子電流作為轉(zhuǎn)矩及其分量。通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方式接著將磁場以衰減的方式被控制為正交或解耦控制方式。但是由于在實(shí)際的操作過程中難以準(zhǔn)確地觀察出來轉(zhuǎn)子磁通的組合狀態(tài)和矢量變換本身所具有的復(fù)雜性，因此難以在理論上獲得真正的控制效果。另外，為了獲得定子電流分離調(diào)節(jié)及解耦控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)途徑，因此必須獲得轉(zhuǎn)子磁通量在直接或間接間隙中的位置參數(shù)。在該矢量控制系統(tǒng)中，必須具有轉(zhuǎn)子位置或速度傳感器，這將在實(shí)際的使用過程中帶來很多不便。（3）第三階段：直接轉(zhuǎn)矩控制階段。轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)點(diǎn)在于，轉(zhuǎn)矩控制的方式是指在不主要以速度信息的情況下對定子磁通進(jìn)行相應(yīng)控制。該控制可貼合電動機(jī)參數(shù)的魯棒性，出定子電阻之外的所有變化；通過觀察裝置引入的定子磁通，可以很容易地估計出同步速度信息，從而可以很容易地充分將無速度傳感化進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。但是，此控制方式是基于發(fā)動機(jī)的精確數(shù)學(xué)模型和發(fā)動機(jī)參數(shù)的自動識別功能。（三）變頻器的國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（1）國外現(xiàn)狀國外研究中的變頻調(diào)速技術(shù)主要具有以下特點(diǎn)：①變頻功率器件的發(fā)展有助于促進(jìn)設(shè)備的發(fā)展。近年來，高壓晶閘管GTO，IGBT，IGCT等的生產(chǎn)以及在這一過程中串并聯(lián)電壓電流技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用使得逆變器的制造和使用成為成為現(xiàn)實(shí)并發(fā)展成熟。大功率類型的高壓變頻器也逐漸現(xiàn)實(shí)化。②控制矢量變頻器理論和微電子器件技術(shù)等領(lǐng)域的不斷發(fā)展。使得矢量控制，磁通量等控制方式和其他控制方式不斷得到改進(jìn)，以及轉(zhuǎn)矩控制等較為新穎的變頻控制理論為高性能變頻器的出現(xiàn)及發(fā)展的奠定了一致的理論基礎(chǔ)。16/32位信號的高運(yùn)行速度處理器、信號處理器如DSP）和專用特殊類集成電路（ASIC）等組件提供相應(yīng)的硬件支持，從而以更好地實(shí)現(xiàn)逆變器的高精度和多功能性。③市場需求高。隨著工業(yè)自動化水平的不斷普及和提高以及全球能源的短缺情況的出現(xiàn)，變頻器從而逐漸更多地用于工業(yè)生產(chǎn)等多個行業(yè)領(lǐng)域中，并由此為行業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)發(fā)展效益。（2）國內(nèi)現(xiàn)狀總體角度看，國內(nèi)具有科研能力的科研機(jī)構(gòu)雖然很少，但在數(shù)字化領(lǐng)域和系統(tǒng)整體運(yùn)行可靠性方面仍舊與國外發(fā)達(dá)國家仍存在較大差距。至于中低功率變頻技術(shù)，幾乎所有家用產(chǎn)品都處于通常的控制背景之下。只有少數(shù)原型樣機(jī)是使用矢量控制的方式，因此其品種和質(zhì)量無法滿足整個電氣控制市場需求，每年都需要從國外進(jìn)修大量進(jìn)口。國內(nèi)產(chǎn)出的變頻器屬于的標(biāo)準(zhǔn)屬于低質(zhì)量產(chǎn)品，主要是在低壓（400V）和低功率（最高315kW）等方面的產(chǎn)品。對于具有先進(jìn)功能（包括矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制），高壓（3000V以上）和大功率（1000kW以上）的逆變器，國內(nèi)仍在開發(fā)中。目前，沒有多少公司能夠設(shè)計和制造高壓大功率逆變器。利德華福公司現(xiàn)已逐漸發(fā)展成為國內(nèi)高壓變頻器行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)。它仍舊需要面臨來自國際公司的競爭。競爭過程中的主要對手包括ABB，西門子，羅克韋爾等。（四）變頻器選擇原則變頻器是一種節(jié)能裝置，但并不適合驅(qū)動所有的裝置。在工程設(shè)計或設(shè)備改造中，變頻器的選擇應(yīng)以了解被驅(qū)動設(shè)備的負(fù)載特性和各種變頻器的性能和質(zhì)量為基礎(chǔ)。變頻器的選擇不僅與電機(jī)的結(jié)構(gòu)和容量有關(guān)，還與電機(jī)所承載的負(fù)載類型有關(guān)，這直接關(guān)系到電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。一般的選擇原則是，功能特性可以在可靠性的基礎(chǔ)上保證更好的性價比。雖然變頻器廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代家用電器和工程電器中，但很多驅(qū)動設(shè)備無法與之匹配，需要掌握不同形狀的變頻器及其在不同條件下的具體性能和質(zhì)量依據(jù)，以滿足不同驅(qū)動設(shè)備的負(fù)載要求。變頻器的選擇與所控制設(shè)備負(fù)載的性能曲線密切相關(guān)。根據(jù)不同的負(fù)載特性和機(jī)械效率，選擇相應(yīng)的變頻器。在使用變頻器時，必須考慮電流、電壓和設(shè)備的匹配。由于變頻器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在變頻器電機(jī)線上產(chǎn)生的變頻信號容易引起電磁干擾。因此，使用變頻器時要注意環(huán)境。采用變頻驅(qū)動技術(shù)的變頻器，結(jié)合其在電氣設(shè)備中的應(yīng)用，對工作環(huán)境有著特殊的要求，在使用變頻器時，還要考慮散熱需要。（五）變頻器選擇方法接下來根據(jù)不同的電機(jī)結(jié)構(gòu)選擇變頻器的方法：（1）籠型異步電機(jī)與頻率電源相比，變頻器提供的電流是脈動電流，其脈動值大于頻率電源提供的電流。此外，輸出電壓和電流受到諧波信號的影響，降低了電機(jī)的效率和功率因數(shù)，電流會增加10%左右。因此，在選用搭配籠型異步電動機(jī)的變頻器時，其額定電流應(yīng)大于標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)的額定電流。（2）變極電機(jī)當(dāng)變頻器用于控制變極電機(jī)時，可以通過更換導(dǎo)線的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。變極電機(jī)采用變頻器控制時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①如果在操作過程中轉(zhuǎn)換極數(shù)，則必須在切換前停止運(yùn)行電機(jī)。否則，電機(jī)在切換時將會出現(xiàn)空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，產(chǎn)生大電流，這段時間可能會造成變頻器的損壞。此外，變頻器的過電流保護(hù)會使電機(jī)自由停車，無法繼續(xù)工作。②變極電機(jī)的尺寸大小比通用電機(jī)大，電流也大。因此，有必要選擇大容量的串聯(lián)變頻器。③將變頻電源中的變極電機(jī)改為變頻器控制時，限制了旋轉(zhuǎn)部件的強(qiáng)度和軸承壽命。在高極數(shù)、工作頻率或以上工作時，應(yīng)特別注意最高頻率的設(shè)置。（3）帶制動器的電機(jī)在生產(chǎn)設(shè)備中，為了定位電機(jī)、安全停車并在停車期間保持電機(jī)靜止，必須使用帶機(jī)械制動器的電機(jī)。一般情況下，盤式制動器有兩種：交流電磁鐵和直流電磁鐵。使用變頻器驅(qū)動制動器電機(jī)時，需要注意：制動電源必須連接到變頻器輸入端子，不能像電動機(jī)一樣連接到變頻器的輸出端。當(dāng)制動電機(jī)由變頻器驅(qū)動時，必須充分注意從高于工頻的頻率啟動制動。最好在變頻器或所選部件的制動單元中使用再生制動電路，將其降低到低于電源頻率的頻率，然后使用制動器制動。二、變頻器在家用電器中的應(yīng)用（一）變頻器在恒壓變頻供水系統(tǒng)的應(yīng)用恒壓變頻供水系統(tǒng)在供水領(lǐng)域的應(yīng)用效果十分明顯。它能及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題，最大限度地降低運(yùn)行風(fēng)險，節(jié)約運(yùn)行資源，提高供水效率和水質(zhì)，為社會各領(lǐng)域水資源的利用提供保障。接下來通過筆者所在單位所接觸到的恒壓變頻供水系統(tǒng)中的變頻器來進(jìn)行分析。恒壓變頻供水系統(tǒng)充分集成了PLC控制技術(shù)、變頻控制技術(shù)、電動泵組控制技術(shù)等現(xiàn)代化新技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)原理，在遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)中，通過壓力表對泵出口管上的電壓信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。電壓信號由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換以獲得數(shù)字量，然后發(fā)送到PLC。在PLC內(nèi)部執(zhí)行PID操作后，輸出參考值。將參考值轉(zhuǎn)換后得到模擬值，再將模擬值傳送給變頻器，控制其輸出頻率的變化。其優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行中的水泵數(shù)量取決于所用的水量。當(dāng)用戶用水量較小時，水泵的工作方式為變頻。當(dāng)用戶用水量增加時，泵的工作頻率也會隨著用水量的增加而增加。恒壓變頻供水系統(tǒng)的可靠運(yùn)行是傳統(tǒng)供水系統(tǒng)無法比擬的。其優(yōu)點(diǎn)是管網(wǎng)中的壓力能保持在一定值，從而達(dá)到節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地的目的。即使變頻器發(fā)生故障，也能保證系統(tǒng)供水，排除故障后能達(dá)到自動啟動的目的，具有一定的先進(jìn)性和知名度。在地下水的抽取中，利用變頻器控制供水系統(tǒng)的水壓，根據(jù)變頻器的特點(diǎn)，通過對變頻器的調(diào)節(jié)和控制，恒壓供水系統(tǒng)能夠滿足需要。恒壓變頻供水系統(tǒng)可同時支持兩個通信端口，并可連接兩個控制器?？刂破骺梢韵嗤虿煌?，也可以使用多媒體觸摸屏中的數(shù)據(jù)卡備份數(shù)據(jù)。恒壓變頻供水系統(tǒng)主要通過變頻器對水泵進(jìn)行控制，從而控制供水壓力，保證實(shí)際供水壓力和預(yù)設(shè)供水壓力控制在同一范圍內(nèi)。在系統(tǒng)運(yùn)行時，PLC通過輸出端口控制變頻器的啟動。當(dāng)壓力值低于設(shè)定值，管道中的水由水泵返回，同時，電磁閥關(guān)閉，不會出現(xiàn)回流現(xiàn)象。當(dāng)用戶用水量增加時，水管內(nèi)水壓會隨著水量的增加而降低。此時，PLC將提高變頻器的頻率，以確保泵內(nèi)的水流量滿足正常運(yùn)行，從而滿足用戶的用水需求。如果水管內(nèi)的壓力總是很低，PLC將使變頻器工作。保證兩臺水泵的均勻使用，不影響泵的長期使用壽命，一臺泵可以獨(dú)立工作幾個小時后，更換另一臺泵。當(dāng)用戶用水量太小，導(dǎo)致壓力超過預(yù)定值時，技術(shù)人員會進(jìn)行處理。具體的處理方法是：先估計壓力值。如果壓力值在短時間內(nèi)低于預(yù)定值，供水系統(tǒng)就可以不停機(jī)正常運(yùn)行。如果壓力值始終高于預(yù)定值，員工將暫停供水泵，讓蓄能器中存在流量輸出，當(dāng)水壓低于設(shè)定值時再進(jìn)行供水。如圖2所示，為恒壓變頻供水系統(tǒng)的控制流程圖。在故障診斷中，采用軟件控制。如果發(fā)生故障，故障報告結(jié)果將直接顯示在觸摸屏上，并伴有報警聲，自動切斷電源、停泵。如果PLC控制信號使水泵旋轉(zhuǎn)，但電流傳感模塊不感測電路中的電流，則說明水泵處于開路狀態(tài)。該功能的出現(xiàn)可以幫助維修人員及時、準(zhǔn)確地找到供水系統(tǒng)的故障點(diǎn)，進(jìn)一步提高生活用水的安全可靠性。圖2控制流程圖（二）變頻器在空調(diào)節(jié)能改造中的應(yīng)用中央空調(diào)系統(tǒng)是大型現(xiàn)代建筑物不可或缺的組成部分。由于中央空調(diào)功耗占大型建筑物總功耗的50%以上，中央空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會消耗大量的電能。因此，只有通過節(jié)能改造才能夠?qū)崿F(xiàn)從根本上降低耗電量。中央空調(diào)的節(jié)能原理為：水泵、風(fēng)輪機(jī)的流量（風(fēng)量）與其轉(zhuǎn)速成正比，水泵和風(fēng)力渦輪機(jī)的壓力（升降速度）與其風(fēng)速的平方成正比，而水泵和渦輪機(jī)的軸向功率與水流和壓力的乘積相等，因此水泵和渦輪機(jī)的軸向功率與其動力頻率成正比。如果降低水泵和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，可以進(jìn)一步減少風(fēng)力渦輪機(jī)的功率。當(dāng)用變頻器控制流量（風(fēng)）時，可以節(jié)省大量的電力，中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計考慮到了更大的需求，根據(jù)一臺設(shè)備的最大工作條件進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)冷卻泵占到了90%以上的實(shí)際工作時間，而冷凍泵則處于非全運(yùn)行狀態(tài)，這不僅增加了系統(tǒng)效率的損失，而且由于空調(diào)調(diào)節(jié)是逐步的，整個空調(diào)系統(tǒng)都是在不穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)作的。因此，可通過在冷卻泵中安裝變頻器來地解決這一問題，同時通過頻率變化對能源效率進(jìn)行自動控制，使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地調(diào)節(jié)，同時穩(wěn)定了系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。因此，隨著熱負(fù)荷的變化，變頻空調(diào)系統(tǒng)已顯示出巨大的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的最終目的。三、變頻器在家用電器應(yīng)用的維護(hù)方法（一）變頻器的日常維護(hù)變頻器的日常維護(hù)在一定的環(huán)境下進(jìn)行的，所受到的環(huán)境因素很多，包括濕度、溫度、氣體和粉塵等。（1）濕度。過大的濕度會使得變頻器的絕緣效果大大降低，但如果環(huán)境濕度太低，絕緣效果就會崩潰。變頻器工作環(huán)境的濕度應(yīng)保持在40%-90%。如果低于此范圍，應(yīng)將干燥空氣吹入變頻器所在配電箱，如果高于此范圍，應(yīng)在環(huán)境中放置吸濕劑。（2）溫度。一般情況下，變頻器的使用范圍為-10℃-50℃。如果在這個范圍之外工作，會影響變頻器的使用效果。另外，需要記錄變頻器的三相電流和電壓，周期最好為2周檢查1次，比較數(shù)據(jù)以確定變頻器的平穩(wěn)運(yùn)行。還應(yīng)注意變頻器的散熱。溫度過高會造成變頻器的不良工作狀態(tài)，如果溫度記錄過高，應(yīng)及時檢查散熱器的狀況。（3）煤氣和灰塵。如果變頻器環(huán)境中存在不必要的氣體和粉塵，將影響變頻器的正常運(yùn)行。因此，有必要并采取相應(yīng)的技術(shù)措施，避免氣體和粉塵對變頻器的影響。（4）日常檢查。變運(yùn)行過程中，要對變頻器的各項(xiàng)因素進(jìn)行日常檢查，查看其是否超出正常范圍，檢查中應(yīng)特別注意周圍環(huán)境是否清潔，電線是否外露。（二）變頻器的定期維護(hù)變頻器使用過程中，要定期檢查其使用情況。用戶應(yīng)每3至6個月對變頻器進(jìn)行定期檢查。定期檢查時，應(yīng)提前停止變頻器，切斷外部電源，拆除外殼。（1）定期除塵。變頻器運(yùn)行一段時間后，需要進(jìn)行除塵處理。變頻器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及的元件也更多。為了徹底除塵，必須拆卸變頻器進(jìn)行吹灰處理。對于難以清除的灰塵，用刷子刷掉，對于易受粉塵影響的敏感部件，應(yīng)提高除塵頻率。清潔變頻器作為其維護(hù)過程的一個組成部分，還要定期清洗散熱器，有效防止散熱器因積灰堵塞而過熱損壞。變頻器的除塵工作應(yīng)定期、及時進(jìn)行，每季度的除塵工作應(yīng)在前三周內(nèi)進(jìn)行。（2）定期更換老化零件。在使用過程中，要定期檢查各部件的狀態(tài)，及時更換故障或運(yùn)行不良的部件，保證變頻器的正常運(yùn)行。（三）變頻器常見故障及處理變頻器在使用過程中常見的故障有電壓故障、電流故障以及過載故障等。當(dāng)變頻器故障報警時，首先要考慮參數(shù)設(shè)計，并通過通電檢測檢查參數(shù)設(shè)置。但變頻器故障源較多，在變頻器運(yùn)行過程中難以檢測，需要用常規(guī)方法以外的方法檢測。目前，變頻器市場的種類繁多，但它們的故障有一定的共性。大致可分為以下幾種：（1）過電壓故障：當(dāng)電壓不足時，要檢查變頻器的接觸器和整流器是否損壞，然后檢查電路系統(tǒng)的負(fù)載啟動問題；（2）過電流故障：檢查需要變頻的設(shè)備內(nèi)部是否存在問題，然后再檢查變頻器是否損壞。（3）過載故障：設(shè)置熱繼電器保護(hù)值和轉(zhuǎn)矩升壓量，最終消除變頻器過載故障。在變頻器故障維修中，對整個變頻器進(jìn)行負(fù)載測試也是非常重要的，是保證維修正確、不容忽視的重要環(huán)節(jié)。四、結(jié)論目前，變頻器是應(yīng)用十分廣泛的一類電氣件，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和完善它將為各種的家電帶來新的革命，并給用戶帶來更大的福音。但變頻技術(shù)除了會給我們帶來便利外，在使用時還應(yīng)注意由外因引起的對它的干擾。工作時它