變頻器常用的控制方式綜述

1、變頻器常用的控制方式綜述董瑋秦憶華中科技大學(xué)控制科學(xué)與工程系摘要：本文綜述了近年來在變頻器控制中常用的控制方式以及各自的特點，展望了今后變頻器控制方式發(fā)展的一些方向。關(guān)鍵詞：變頻器、控制變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動技術(shù)的重要發(fā)展方向，而作為變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心—變頻器的性能也越來越成為調(diào)速性能優(yōu)劣的決定因素，除了變頻器本身制造工藝的“先天”條件外，對變頻器采用什么樣的控制方式也是非常重要的。本文從工業(yè)實際出發(fā)，綜述了近年來各種變頻器控制方式

2、的特點，并展望了今后的發(fā)展方向。1變頻器簡介1.1變頻器的基本結(jié)構(gòu)變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設(shè)備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。1.2變頻器的分類變頻器的分類方法有多種

3、，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為Vf控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。2變頻器中常用的控制方式2.1非智能控制方式在交流變頻器中使用的非智能控制方式有Vf協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接

4、轉(zhuǎn)矩控制等。(1)Vf控制Vf控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩速度特性，基于在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時，又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。Vf控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式，不能達(dá)到較高的控制性能，而且，在低頻時，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。(2)轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式，它是在Vf控制的基礎(chǔ)上，按照知道異步電動機的實際轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電源頻率

5、，并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動機具有對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。這種控制方式，在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器，有時還加有電流反饋，對頻率和電流進(jìn)行控制，因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對急速的加減速和負(fù)載變動有良好的響應(yīng)特性。(3)矢量控制矢量控制是通過矢量坐標(biāo)電路控制電動機定子電流的大小和相位，以達(dá)到對電動機在d、q、0坐標(biāo)軸系中的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進(jìn)行控制，進(jìn)而達(dá)到控制電動機轉(zhuǎn)矩的目的

6、。通過控制各矢量的作用順序和時間以及零矢量的作用時間，又可以形成各種PWM波，達(dá)到各種不同的控制目的。例如形成開關(guān)次數(shù)最少的PWM波以減少開關(guān)損耗。目前在變頻器中實際應(yīng)用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式與轉(zhuǎn)差頻率控制方式兩者的定常特性一致，但是基于隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)的發(fā)展，變頻器的控制方式今后將向以下幾個方面發(fā)展。(1)數(shù)字控制

7、變頻器的實現(xiàn)現(xiàn)在，變頻器的控制方式用數(shù)字處理器可以實現(xiàn)比較復(fù)雜的運算，變頻器數(shù)字化將是一個重要的發(fā)展方向，目前進(jìn)行變頻器數(shù)字化主要采用單片機MCS51或80C196MC等，輔助以SLE4520或EPLD液晶顯示器等來實現(xiàn)更加完善的控制性能。(2)多種控制方式的結(jié)合單一的控制方式有著各自的優(yōu)缺點，并沒有“萬能”的控制方式，在有些控制場合，需要將一些控制方式結(jié)合起來，例如將學(xué)習(xí)控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制相結(jié)合，自適應(yīng)控制與模糊控制相結(jié)合，直接轉(zhuǎn)矩控

8、制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制相結(jié)合，或者稱之為“混合控制”，這樣取長補短，控制效果將會更好。(3)遠(yuǎn)程控制的實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使“天涯若咫尺”，依靠計算機網(wǎng)絡(luò)對變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制也是一個發(fā)展方向。通過RS485接口及一些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，這樣在有些不適合于人類進(jìn)行現(xiàn)場操作的場合，也可以很容易的實現(xiàn)控制目標(biāo)。(4)綠色變頻器隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，對于環(huán)境的保護(hù)越來越受到人們的重視。變頻器產(chǎn)生的高次諧波對電網(wǎng)會帶來污染，降低變頻器工

9、作時的噪聲以及增強其工作的可靠性、安全性等等這些問題，都試圖通過采取合適的控制方式來解決，設(shè)計出綠色變頻器。4結(jié)束語變頻器的控制方式是一個值得研究的問題，依靠致力于這項工作的有識之士的共同努力，使國產(chǎn)變頻器早日走向世界市場并且成為一流的產(chǎn)品。參考文獻(xiàn)[1]變頻器原理與應(yīng)用教程三菱電機株式會社編國防工業(yè)出版社[2]變頻器基礎(chǔ)及應(yīng)用原奎，劉偉強編著冶金工業(yè)出版社[3]用于內(nèi)園磨床的中頻變頻器控制策略的研究倪紅，吳慶彪機電一體2001(2):

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