變頻電源的類型與控制方式研究

周家騏

（長(zhǎng)沙理工大學(xué) 410076）

變頻電源的類型與控制方式研究

周家騏

（長(zhǎng)沙理工大學(xué) 410076）

變頻電源控制方式多種多樣，各類控制方式都有著其獨(dú)特之處，本文主要對(duì)變頻電源控制方式進(jìn)行討論，分析了變頻電源控制方式的各種特點(diǎn)，提供了變頻電源技術(shù)的各項(xiàng)參數(shù)，用于工程技術(shù)人員的選擇和設(shè)計(jì)。

變頻電源；控制方式；分析

變頻器是交流電機(jī)的常見(jiàn)器件，將其應(yīng)用在交流電機(jī)中既可以滿足無(wú)極調(diào)速要求，也可以有效降低能耗，因此，在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中都得到了推廣，目前，市場(chǎng)中的低壓通用變頻電源種類多樣，各種變頻電源負(fù)載特色不同，如何選擇適宜的變頻器，使系統(tǒng)具有更高的性價(jià)比，是當(dāng)前研究工程技術(shù)人員最為關(guān)注的問(wèn)題。變頻電源使用性能是由變頻器控制部分決定的，這也是其中的核心部分，變頻電源控制方式直接影響著變頻器作用的發(fā)揮效果。

1 非智能型控制變頻電源

變頻電源的控制方式包括非智能型與智能型兩種：

基于靜態(tài)型異步電動(dòng)機(jī)的U/F協(xié)調(diào)控制、差頻率控制和矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等都是現(xiàn)階段最為常用的非智能控制方式，其中，U/F協(xié)調(diào)控制方式的速度特性非常好，既可以進(jìn)行調(diào)速，還能夠改變電源的頻率，有效提升了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，該種方式多應(yīng)用于通用型變頻電源中。非智能控制方式的類型多種多樣，代表性的有以下幾種：

（1）U/F控制方式：變頻電源的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，且應(yīng)用開環(huán)控制法，這在一定程度上影響了其控制性能，因此，在低頻運(yùn)行過(guò)程中，需要對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，這可以有效改變系統(tǒng)的特性。U/F控制法的最突出優(yōu)勢(shì)就是成本低、電路構(gòu)造簡(jiǎn)單、物理特性理想，可以滿足常規(guī)傳動(dòng)裝置的要求，但是，也顯著的缺點(diǎn)，其調(diào)速變化曲線會(huì)在載荷的變化下發(fā)生變化，馬達(dá)轉(zhuǎn)矩利用率偏低、轉(zhuǎn)矩回應(yīng)速度慢，在低速旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，很容易由于逆變器和定子電阻的影響造成控制效果不佳，影響裝置的穩(wěn)定性。

（2）轉(zhuǎn)差頻率控制方式：對(duì)于平滑調(diào)速而言，采用恒壓頻比控制變壓調(diào)速法即可滿足系統(tǒng)的運(yùn)行要求，但是對(duì)于不同的運(yùn)行模式，需要采用相應(yīng)的調(diào)控方式，由于其控制系統(tǒng)采用了頻率開環(huán)與轉(zhuǎn)速開環(huán)，轉(zhuǎn)差頻率控制方式是建立在恒壓頻比控制的變壓變頻方式上發(fā)展而來(lái)，有效提高了動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的特性。轉(zhuǎn)差頻率控制方式與傳統(tǒng)的調(diào)控壓頻調(diào)速裝置相比，技術(shù)水平得到了有效提升，但是容易受到電動(dòng)機(jī)電磁慣性因素的影響，因此，在該種調(diào)控模式下，動(dòng)態(tài)環(huán)境下的磁通密度與旋轉(zhuǎn)力矩?zé)o法得到徹底的控制。

（3）矢量控制法：該種方式最早是由西門子公司的工程師F.Blaschke提出，他認(rèn)為，采用異步電動(dòng)機(jī)矢量控制理論可以有效解決轉(zhuǎn)矩控制的相關(guān)問(wèn)題，到了后來(lái)，這種理論逐步成熟。其提出的矢量控制本質(zhì)就是將交流電動(dòng)機(jī)看做直流電動(dòng)機(jī)，分別控制磁場(chǎng)與速度兩個(gè)分量。具體而言，矢量控制法又可以分為不同的類型，如基于轉(zhuǎn)差頻率矢量控制、基于無(wú)速度傳感器矢量控制、基于速度傳感器的矢量控制等等，在使用該種控制方式時(shí)，就是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系的定子電流利用Ia、Ib、Ic三相-二相進(jìn)行變換，等效為兩相靜止坐標(biāo)系下的電流，再利用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向轉(zhuǎn)換法，將其等效為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)中的直流電流，采用直流電機(jī)控制的形式來(lái)進(jìn)行控制。矢量控制理論的提出是變頻電源的革命性發(fā)展，然而，在具體應(yīng)用過(guò)程中，轉(zhuǎn)子磁鏈會(huì)受到系統(tǒng)特性的影響，且直流電動(dòng)機(jī)的控制應(yīng)用了特別復(fù)雜的矢量旋轉(zhuǎn)變換方式，這也會(huì)影響到具體的控制效果。且轉(zhuǎn)差頻率控制與矢量控制之間有著一致的定常特性，兩者之間都在輸出頻率方面得到了有效的改善。由于這種控制方式是閉環(huán)控制方式，就是需要設(shè)置好速度傳感器，這也導(dǎo)致其應(yīng)用范圍受了一定的阻礙。

2 智能型控制變頻電源

常見(jiàn)的智能型控制變頻電源有模糊控制法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法、學(xué)習(xí)控制法、專家系統(tǒng)法等等，目前，多種類型的變頻電源都開始應(yīng)用智能型控制法，獲取了理想的效果，不同的控制方式有著各自的特點(diǎn)：

（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法：變頻電源控制使用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式是一種相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)既可以辨別系統(tǒng)，還可以對(duì)其進(jìn)行控制。此外，如果應(yīng)用多個(gè)變頻電源時(shí)，可以采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法，但是該種方法也有一些不足，就是層數(shù)多、算法復(fù)雜，對(duì)其具體應(yīng)用造成了影響。

（2）專家系統(tǒng)控制法：該種系統(tǒng)應(yīng)用“專家經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證法”，需要建立專門的專家?guī)欤诶锩嫣崆按鎯?chǔ)專家的相關(guān)信息和推理機(jī)制，其目的是為了依據(jù)已知的信息找到理想的控制結(jié)果。專家系統(tǒng)的應(yīng)用效果是由專家?guī)炫c推理機(jī)制的設(shè)計(jì)效果來(lái)決定的。

（3）模糊控制法：變頻電源在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其頻率與電壓一般采用模糊控制法，采用這一控制方式可以有效控制電動(dòng)機(jī)升速時(shí)間，避免升速過(guò)快影響電動(dòng)機(jī)的壽命與工作效率。模糊控制法的關(guān)鍵就是模糊級(jí)別、隸屬度以及域，這一方式多應(yīng)用在單輸出、多輸入系統(tǒng)之中。

目前，市場(chǎng)上涌現(xiàn)了多種品牌的變頻電源，每一種變頻電源的性能都不同，但是并非價(jià)格越貴，性能就越好，在具體的應(yīng)用過(guò)程中，需要根據(jù)使用范圍與要求來(lái)進(jìn)行選擇。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，變頻電源已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域中得到了普及性應(yīng)用，每一種變頻電源的特點(diǎn)不同，本文針對(duì)變頻電源的控制類型與控制方式進(jìn)行了全面的分析，詳細(xì)介紹了每一種電源的參數(shù)類型，在具體的應(yīng)用過(guò)程中，需要根據(jù)需求來(lái)選擇變頻電源控制方式，合理的設(shè)置變頻器，充分發(fā)揮出不同變頻器的優(yōu)勢(shì)。

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1004-7344（2016）21-0309-01

2016-7-10