變頻器常用的控制方式綜述51945

1、變頻器常用的控制方式綜述變頻器常用的控制方式綜述華中科技大學(xué)控制科學(xué)與工程系董瑋秦憶摘要:綜述了近年來(lái)在變頻器控制中常用的控制方式以及各自的特點(diǎn)，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Abstract:Thecontrolmethodsacteristicsofinvertersaresummarizedinthispaperthedevelopmentsinthefutureoftheinverterscontro

2、lmethodsareproposedtoo.Keywds:invertercontrol變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)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(lái)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(duì)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(shí)際出發(fā)，綜述了近年來(lái)各種變頻器控制方式的特點(diǎn)，并展望了今后的發(fā)展方向。1變頻器簡(jiǎn)介[1]1.1變頻器的基本結(jié)構(gòu)變頻器是把工頻電源(50

3、Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中控制電路完成對(duì)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(duì)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(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來(lái)說(shuō)，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。1.2變頻器的分類(lèi)變頻器的分類(lèi)方法有多種，按照主電路工作方式分類(lèi)，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開(kāi)關(guān)方

4、式分類(lèi)，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(lèi)，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(lèi)，可以分為通用變頻器、高性能專(zhuān)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

5、變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時(shí)，又要保證電動(dòng)機(jī)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(jiǎn)單，但是這種變頻器采用開(kāi)環(huán)控制方式，不能達(dá)到較高的控制性能，而且，在低頻時(shí)，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)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(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的電源頻率，并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來(lái)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動(dòng)機(jī)具有對(duì)應(yīng)的輸

6、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(shí)還加有電流反饋，對(duì)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(duì)急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性。(3)矢量控制[2]矢量控制是通過(guò)矢量坐標(biāo)電路控制電動(dòng)機(jī)定子電流的大小和相位，以達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)在d、q、0坐標(biāo)軸系中的勵(lì)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。通過(guò)控制各矢量的作用順序和時(shí)間以及零矢量的作用時(shí)間，又可以形成各

7、種PWM波，達(dá)到各種不同的控制目的。例如形成開(kāi)關(guān)次數(shù)最少的PWM波以減少開(kāi)關(guān)損耗[3]。目前在變頻器中實(shí)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3變頻器控制的展望隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(gè)方面發(fā)展。(1)數(shù)字控制變頻器的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在，變頻器的控制方式用數(shù)字處理器可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的運(yùn)算，變頻器數(shù)字化將是一個(gè)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(jī)MCS51[25

8、]或80C196MC[3][20]等，輔助以SLE4520[25][28]或EPLD液晶顯示器[29]等來(lái)實(shí)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(diǎn)，并沒(méi)有“萬(wàn)能“的控制方式，在有些控制場(chǎng)合，需要將一些控制方式結(jié)合起來(lái)，例如將學(xué)習(xí)控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制相結(jié)合[30]，自適應(yīng)控制與模糊控制相結(jié)合[31][32]，直接轉(zhuǎn)矩控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制相結(jié)合[33]，或者稱之為”混合控制“[34]，這樣取長(zhǎng)補(bǔ)短，控制效果

9、將會(huì)更好。(3)遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使“天涯若咫尺“，依靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制也是一個(gè)發(fā)展方向。通過(guò)RS485[35][36]接口及一些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對(duì)變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，這樣在有些不適合于人類(lèi)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作的場(chǎng)合，也可以很容易的實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)[37][38]。(4)綠色變頻器隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，對(duì)于環(huán)境的保護(hù)越來(lái)越受到人們的重視。變頻器產(chǎn)生的高次諧波對(duì)電網(wǎng)會(huì)帶來(lái)污染，而且降低變頻器工作時(shí)的噪聲以及增強(qiáng)其工作的可靠性、

10、安全性等等這些問(wèn)題，都試圖通過(guò)采取合適的控制方式來(lái)解決，設(shè)計(jì)出綠色變頻器。4結(jié)束語(yǔ)變頻器的控制方式是一個(gè)值得研究的問(wèn)題，依靠致力于這項(xiàng)工作的有識(shí)之士的共同努力，使國(guó)產(chǎn)變頻器早日走向世界市場(chǎng)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(jī)株式會(huì)社編國(guó)防工業(yè)出版社[2]變頻器基礎(chǔ)及應(yīng)用原奎，劉偉強(qiáng)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(jī)電一體2001(2):37~40[4]無(wú)速度傳感器矢量控

11、制變頻器在超細(xì)粉生產(chǎn)中給料機(jī)的應(yīng)用林偉，趙鳳金，孫曉明自動(dòng)化與儀表2001，Vol.16(1):66~67[5]直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻器在長(zhǎng)皮帶傳動(dòng)中的應(yīng)用陳新楚，吳廷坤工業(yè)控制計(jì)算機(jī)2000Vol.13(6):53~54[6]電壓胞級(jí)聯(lián)的高壓變頻器的控制策略程漢湘，尹項(xiàng)根電力系統(tǒng)自動(dòng)化2002(1):49~52[7]AdaptableinverterfinjectionoffuelcellphotovoltaicpowerSoterS.B

12、uchholdSPowerConversionConferencePCCOsaka2002.ProceedingsoftheVol.3:1453~1455[8]NoveladaptivehysteresisbmodulationstrategyfthreephaseinvertersBowesS.R.GrewalS.HollidayD.ElectricPowerApplicationsIEEProceedings2001Vol.148(

13、1):51~61[9]AdaptiverepetitivecontrolofPWMinvertersfverylowTHDACvoltageregulationwithunknownloadsYingYuTzouShihLiangJungHsinChungYehPowerElectronicsIEEETransactionson1999Vol.14(5):973~981[10]UPSinverterdesignusingdiscrete

14、timeslidingmodecontrolschemeTsangLiTaiJianShiangChenIndustrialElectronicsIEEETransactionson2002Vol.49(1):67~75[11]ControldesignfparallelconnectedDCACinvertersusingslidingmodecontrolLopezM.GarciadeVicunaJ.L.CastillaM.Mata