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西安德升智能:變頻器常用的控制方式綜�

2024-03-19

1、變頻器簡介


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,以實現(xiàn)電機的變速運行的�(shè)�,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�,直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波,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,有時還需要一個進行�(zhuǎn)矩計算的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控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻�;按照工作原理分類,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�;按照用途分類,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�、矢量控制、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�,基于在改變電源頻率進行�(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。V/f控制變頻器結(jié)�(gòu)非常簡單,但是這種變頻器采用開�(huán)控制方式,不能達到較高的控制性能,而且,在低頻�,必須進行�(zhuǎn)矩補�,以改變低頻�(zhuǎn)矩特性�                
       (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)�,按照知道異步電動機的實際轉(zhuǎn)速對�(yīng)的電源頻�,并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來�(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率,就可以使電動機具有對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)�。這種控制方式,在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感�,有時還加有電流反饋,對頻率和電流進行控制,因�,這是一種閉�(huán)控制方式,可以使變頻器具有良好的�(wěn)定�,并對急速的加減速和負載變動有良好的響應(yīng)特��
        (3) 矢量控制
        矢量控制是通過矢量坐標電路控制電動機定子電流的大小和相�,以達到對電動機在d、q�0坐標軸系中的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進行控制,進而達到控制電動機�(zhuǎn)矩的目的。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,達到各種不同的控制目�。例如形成開�(guān)次數(shù)最少的PWM波以減少開關(guān)損�。目前在變頻器中實際�(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)過坐標變換對電動機定子電流的相位進行控制,使之滿足一定的條件,以消除�(zhuǎn)矩電流過渡過程中的波動。因�,基于轉(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善。但�,這種控制方式屬于閉環(huán)控制方式,需要在電動機上安裝速度傳感�,因此,�(yīng)用范圍受到限��
       無速度傳感器矢量控制是通過坐標變換處理分別對勵磁電流和�(zhuǎn)矩電流進行控制,然后通過控制電動機定子繞組上的電�、電流辨識轉(zhuǎn)速以達到控制勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的目的。這種控制方式�(diào)速范圍寬,啟動轉(zhuǎn)矩大,工作可�,操作方便,但計算比較復(fù)�,一般需要專門的處理器來進行計算,因�,實時性不是太理想,控制精度受到計算精度的影響�
       (4) 直接�(zhuǎn)矩控�
       直接�(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標的概�,在定子坐標系下分析交流電動機的�(shù)�(xué)模型,控制電動機的磁鏈和�(zhuǎn)�,通過檢測定子電阻來達到觀測定子磁鏈的目的,因此省去了矢量控制等復(fù)雜的變換計算,系�(tǒng)直觀、簡�,計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)�,對于多拖動具有負荷平衡功能�                
      (5) 其他非智能控制方�
      在實際應(yīng)用中,還有一些非智能控制方式在變頻器的控制中得以實現(xiàn),例如自適應(yīng)控制、滑模變�(jié)�(gòu)控制、差頻控�、環(huán)流控�、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�,一般是進行比較�(fù)雜的系統(tǒng)控制,這時對于系統(tǒng)的模型了解甚少,因此神經(jīng)�(wǎng)�(luò)既要完成系統(tǒng)辨識的功�,又要進行控制。而且神經(jīng)�(wǎng)�(luò)控制方式可以同時控制多個變頻器,因此在多個變頻器級聯(lián)時進行控制比較適合。但是神�(jīng)�(wǎng)�(luò)的層�(shù)太多或者算法過于復(fù)雜都會在具體�(yīng)用中帶來不少實際困難�
      (2) 模糊控制                
      模糊控制算法用于控制變頻器的電壓和頻�,使電動機的升速時間得到控�,以避免升速過快對電機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�、隸屬度以及模糊級別的劃�,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)驗進行控制的一種控制方式,因此,專家系�(tǒng)中一般要建立一個專�?guī)?,存放一定的專家信息,另外還要有推理機制,以便于根據(jù)已知信息尋求理想的控制結(jié)�。專�?guī)炫c推理機制的設(shè)計是尤為重要的,�(guān)系著專家系統(tǒng)控制的優(yōu)�。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(例如中心�(diào)制PWM)恰好滿足這個條件,因此�(xué)�(xí)控制也可用于變頻器的控制�。學(xué)�(xí)控制不需要了解太多的系統(tǒng)信息,但是需�1~2個學(xué)�(xí)周期,因此快速性相對較�,而且,學(xué)�(xí)控制的算法中有時需要實�(xiàn)超前�(huán)節(jié),這用模擬器件是無法實�(xiàn)�,同�,學(xué)�(xí)控制還涉及到一個穩(wěn)定性的問題,在�(yīng)用時要特別注意�  

             
3、變頻器控制的展�
       隨著電力電子技�(shù)、微電子技�(shù)、計算機�(wǎng)�(luò)等高新技�(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)��
      (1) �(shù)字控制變頻器的實�(xiàn)                
      �(xiàn)在,變頻器的控制方式用數(shù)字處理器可以實現(xiàn)比較�(fù)雜的運算,變頻器�(shù)字化將是一個重要的�(fā)展方�,目前進行變頻器數(shù)字化主要采用單片機MCS51�80C196MC�,輔助以SLE4520或EPLD液晶顯示器等來實�(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,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)�(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)合,直接�(zhuǎn)矩控制與神經(jīng)�(wǎng)�(luò)控制相結(jié)�,或者稱之為“混合控制”,這樣取長補短,控制效果將會更�� 
       (3) 遠程控制的實�(xiàn)                
       計算機網(wǎng)�(luò)的發(fā)展,使“天涯若咫尺�,依靠計算機�(wǎng)�(luò)對變頻器進行遠程控制也是一個發(fā)展方�。通過RS485接口及一些網(wǎng)�(luò)�(xié)議對變頻器進行遠程控制,這樣在有些不適合于人類進行�(xiàn)場操作的場合,也可以很容易的實現(xiàn)控制目標�
       (4) 綠色變頻�                
       隨著可持�(xù)�(fā)展戰(zhàn)略的提出,對于環(huán)境的保護越來越受到人們的重視。變頻器�(chǎn)生的高次諧波對電�(wǎng)會帶來污�,降低變頻器工作時的噪聲以及增強其工作的可靠�、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)計出綠色變頻��


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