1、變頻器�(jiǎn)�
1.1 變頻器的基本�(jié)�(gòu)
變頻器是把工頻電�(50Hz�60Hz)變換成各種頻率的交流電源,以�(shí)�(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的�(shè)�,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�,直流中間電路對(duì)整流電路的輸出�(jìn)行平滑濾�,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�,有�(shí)還需要一�(gè)�(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相�(yīng)的電��
1.2 變頻器的分類
變頻器的分類方法有多種,按照主電路工作方式分�,可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器;按照開�(guān)方式分類,可以分為PAM控制變頻�、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻�;按照工作原理分�,可以分為V/f控制變頻�、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等;按照用途分�,可以分為通用變頻�、高性能專用變頻�、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器��
2、變頻器中常用的控制方式
2.1 非智能控制方�
在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f�(xié)�(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控�、矢量控�、直接轉(zhuǎn)矩控制等�
(1) V/f控制
V/f控制是為了得到理想的�(zhuǎn)�-速度特性,基于在改變電源頻率�(jìn)行調(diào)速的同時(shí),又要保證電�(dòng)�(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。V/f控制變頻器結(jié)�(gòu)非常�(jiǎn)�,但是這種變頻器采用開�(huán)控制方式,不能達(dá)到較高的控制性能,而且,在低頻�(shí),必須�(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)�,以改變低頻�(zhuǎn)矩特��
(2) �(zhuǎn)差頻率控�
�(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式,它是在V/f控制的基�(chǔ)�,按照知道異步電�(dòng)�(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)�(yīng)的電源頻率,并根�(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來�(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率,就可以使電�(dòng)�(jī)具有�(duì)�(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(shí)還加有電流反�,對(duì)頻率和電流�(jìn)行控�,因�,這是一種閉�(huán)控制方式,可以使變頻器具有良好的�(wěn)定�,并�(duì)急速的加減速和�(fù)載變�(dòng)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(dòng)�(jī)定子電流的大小和相位,以�(dá)到對(duì)電動(dòng)�(jī)在d、q�0坐標(biāo)軸系中的�(lì)磁電流和�(zhuǎn)矩電流分別�(jìn)行控制,�(jìn)而達(dá)到控制電�(dòng)�(jī)�(zhuǎn)矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時(shí)間以及零矢量的作用時(shí)�,又可以形成各種PWM�,達(dá)到各種不同的控制目的。例如形成開�(guān)次數(shù)最少的PWM波以減少開關(guān)損�。目前在變頻器中�(shí)際應(yīng)用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種�
基于�(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�,但是基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制還要�(jīng)過坐�(biāo)變換�(duì)電動(dòng)�(jī)定子電流的相位�(jìn)行控�,使之滿足一定的條件,以消除�(zhuǎn)矩電流過渡過程中的波�(dòng)。因此,基于�(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式比轉(zhuǎn)差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改�。但是,這種控制方式屬于閉環(huán)控制方式,需要在電動(dòng)�(jī)上安裝速度傳感�,因�,應(yīng)用范圍受到限制�
無速度傳感器矢量控制是通過坐標(biāo)變換處理分別�(duì)�(lì)磁電流和�(zhuǎn)矩電流�(jìn)行控�,然后通過控制電動(dòng)�(jī)定子繞組上的電壓、電流辨�(shí)�(zhuǎn)速以�(dá)到控制勵(lì)磁電流和�(zhuǎn)矩電流的目的。這種控制方式�(diào)速范圍寬,啟�(dòng)�(zhuǎn)矩大,工作可�,操作方便,但計(jì)算比較復(fù)�,一般需要專門的處理器來�(jìn)行計(jì)�,因�,實(shí)�(shí)性不是太理想,控制精度受到計(jì)算精度的影響�
(4) 直接�(zhuǎn)矩控�
直接�(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標(biāo)的概念,在定子坐�(biāo)系下分析交流電動(dòng)�(jī)的數(shù)�(xué)模型,控制電�(dòng)�(jī)的磁鏈和�(zhuǎn)�,通過檢測(cè)定子電阻來達(dá)到觀�(cè)定子磁鏈的目�,因此省去了矢量控制等復(fù)雜的變換�(jì)算,系統(tǒng)直觀、簡(jiǎn)�,計(jì)算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在開環(huán)的狀�(tài)�,也能輸�100%的額定轉(zhuǎn)�,對(duì)于多拖動(dòng)具有�(fù)荷平衡功��
(5) 其他非智能控制方�
在實(shí)際應(yīng)用中,還有一些非智能控制方式在變頻器的控制中得以�(shí)�(xiàn),例如自適應(yīng)控制、滑模變�(jié)�(gòu)控制、差頻控制、環(huán)流控制、頻率控制等�
2.2 智能控制方式
智能控制方式主要有神�(jīng)�(wǎng)�(luò)控制、模糊控�、專家系�(tǒng)、學(xué)�(xí)控制�。在變頻器的控制中采用智能控制方式在具體�(yīng)用中有一些成功的范例�
(1) 神經(jīng)�(wǎng)�(luò)控制
神經(jīng)�(wǎng)�(luò)控制方式�(yīng)用在變頻器的控制中,一般是�(jìn)行比較復(fù)雜的系統(tǒng)控制,這時(shí)�(duì)于系�(tǒng)的模型了解甚�,因此神�(jīng)�(wǎng)�(luò)既要完成系統(tǒng)辨識(shí)的功�,又要�(jìn)行控制。而且神經(jīng)�(wǎng)�(luò)控制方式可以同時(shí)控制多�(gè)變頻器,因此在多�(gè)變頻器級(jí)�(lián)�(shí)�(jìn)行控制比較適�。但是神�(jīng)�(wǎng)�(luò)的層�(shù)太多或者算法過于復(fù)雜都�(huì)在具體應(yīng)用中帶來不少�(shí)際困��
(2) 模糊控制
模糊控制算法用于控制變頻器的電壓和頻�,使電動(dòng)�(jī)的升速時(shí)間得到控�,以避免升速過快對(duì)電機(jī)使用壽命的影響以及升速過慢影響工作效率。模糊控制的�(guān)鍵在于論�、隸屬度以及模糊�(jí)別的劃分,這種控制方式尤其適用于多輸入單輸出的控制系統(tǒng)�
(3) 專家系統(tǒng)
專家系統(tǒng)是利用所謂“專家”的�(jīng)�(yàn)�(jìn)行控制的一種控制方�,因�,專家系�(tǒng)中一般要建立一�(gè)專家?guī)?,存放一定的專家信息,另外還要有推理�(jī)制,以便于根�(jù)已知信息尋求理想的控制結(jié)�。專�?guī)炫c推理�(jī)制的�(shè)�(jì)是尤為重要的,關(guān)系著專家系統(tǒng)控制的優(yōu)劣。應(yīng)用專家系�(tǒng)既可以控制變頻器的電�,又可以控制其電��
(4) �(xué)�(xí)控制
�(xué)�(xí)控制主要是用于重�(fù)性的輸入,而規(guī)則的PWM信號(hào)(例如中心�(diào)制PWM)恰好滿足這�(gè)條件,因此學(xué)�(xí)控制也可用于變頻器的控制中。學(xué)�(xí)控制不需要了解太多的系統(tǒng)信息,但是需�1~2�(gè)�(xué)�(xí)周期,因此快速性相�(duì)較差,而且,學(xué)�(xí)控制的算法中有時(shí)需要實(shí)�(xiàn)超前�(huán)節(jié),這用模擬器件是無法實(shí)�(xiàn)的,同時(shí),學(xué)�(xí)控制還涉及到一�(gè)�(wěn)定性的問題,在�(yīng)用時(shí)要特別注��
3、變頻器控制的展�
隨著電力電子技�(shù)、微電子技�(shù)、計(jì)算機(jī)�(wǎng)�(luò)等高新技�(shù)的發(fā)�,變頻器的控制方式今后將向以下幾�(gè)方面�(fā)��
(1) �(shù)字控制變頻器的實(shí)�(xiàn)
�(xiàn)�,變頻器的控制方式用�(shù)字處理器可以�(shí)�(xiàn)比較�(fù)雜的�(yùn)算,變頻器數(shù)字化將是一�(gè)重要的發(fā)展方�,目前�(jìn)行變頻器�(shù)字化主要采用單片�(jī)MCS51�80C196MC�,輔助以SLE4520或EPLD液晶顯示器等來實(shí)�(xiàn)更加完善的控制性能�
(2) 多種控制方式的結(jié)�
單一的控制方式有著各自的�(yōu)缺點(diǎn),并沒有“萬能”的控制方式,在有些控制�(chǎng)�,需要將一些控制方式結(jié)合起�,例如將�(xué)�(xí)控制與神�(jīng)�(wǎng)�(luò)控制相結(jié)�,自適應(yīng)控制與模糊控制相�(jié)�,直接轉(zhuǎn)矩控制與神經(jīng)�(wǎng)�(luò)控制相結(jié)�,或者稱之為“混合控制�,這樣取長�(bǔ)�,控制效果將�(huì)更好�
(3) �(yuǎn)程控制的�(shí)�(xiàn)
�(jì)算機(jī)�(wǎng)�(luò)的發(fā)�,使“天涯若咫尺�,依靠計(jì)算機(jī)�(wǎng)�(luò)�(duì)變頻器�(jìn)行遠(yuǎn)程控制也是一�(gè)�(fā)展方向。通過RS485接口及一些網(wǎng)�(luò)�(xié)議對(duì)變頻器�(jìn)行遠(yuǎn)程控�,這樣在有些不適合于人類�(jìn)行現(xiàn)�(chǎng)操作的場(chǎng)�,也可以很容易的�(shí)�(xiàn)控制目標(biāo)�
(4) 綠色變頻�
隨著可持�(xù)�(fā)展戰(zhàn)略的提出,對(duì)于環(huán)境的保護(hù)越來越受到人們的重視。變頻器�(chǎn)生的高次諧波�(duì)電網(wǎng)�(huì)帶來污染,降低變頻器工作�(shí)的噪聲以及增�(qiáng)其工作的可靠�、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)�(jì)出綠色變頻器�