變頻電源的類型與控制方式研究

周家騏

（長沙理工大學 410076）

變頻電源的類型與控制方式研究

周家騏

（長沙理工大學 410076）

變頻電源控制方式多種多樣，各類控制方式都有著其獨特之處，本文主要對變頻電源控制方式進行討論，分析了變頻電源控制方式的各種特點，提供了變頻電源技術的各項參數，用于工程技術人員的選擇和設計。

變頻電源；控制方式；分析

變頻器是交流電機的常見器件，將其應用在交流電機中既可以滿足無極調速要求，也可以有效降低能耗，因此，在各個工業領域中都得到了推廣，目前，市場中的低壓通用變頻電源種類多樣，各種變頻電源負載特色不同，如何選擇適宜的變頻器，使系統具有更高的性價比，是當前研究工程技術人員最為關注的問題。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：

基于靜態型異步電動機的U/F協調控制、差頻率控制和矢量控制、直接轉矩控制等都是現階段最為常用的非智能控制方式，其中，U/F協調控制方式的速度特性非常好，既可以進行調速，還能夠改變電源的頻率，有效提升了系統運行的穩定性，該種方式多應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：變頻電源的結構非常簡單，且應用開環控制法，這在一定程度上影響了其控制性能，因此，在低頻運行過程中，需要對其進行轉矩補償，這可以有效改變系統的特性。U/F控制法的最突出優勢就是成本低、電路構造簡單、物理特性理想，可以滿足常規傳動裝置的要求，但是，也顯著的缺點，其調速變化曲線會在載荷的變化下發生變化，馬達轉矩利用率偏低、轉矩回應速度慢，在低速旋轉的過程中，很容易由于逆變器和定子電阻的影響造成控制效果不佳，影響裝置的穩定性。

（2）轉差頻率控制方式：對于平滑調速而言，采用恒壓頻比控制變壓調速法即可滿足系統的運行要求，但是對于不同的運行模式，需要采用相應的調控方式，由于其控制系統采用了頻率開環與轉速開環，轉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展而來，有效提高了動態和靜態的特性。轉差頻率控制方式與傳統的調控壓頻調速裝置相比，技術水平得到了有效提升，但是容易受到電動機電磁慣性因素的影響，因此，在該種調控模式下，動態環境下的磁通密度與旋轉力矩無法得到徹底的控制。

（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，他認為，采用異步電動機矢量控制理論可以有效解決轉矩控制的相關問題，到了后來，這種理論逐步成熟。其提出的矢量控制本質就是將交流電動機看做直流電動機，分別控制磁場與速度兩個分量。具體而言，矢量控制法又可以分為不同的類型，如基于轉差頻率矢量控制、基于無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，就是將異步電動機在三相坐標系的定子電流利用Ia、Ib、Ic三相-二相進行變換，等效為兩相靜止坐標系下的電流，再利用轉子磁場定向轉換法，將其等效為同步旋轉坐標中的直流電流，采用直流電機控制的形式來進行控制。矢量控制理論的提出是變頻電源的革命性發展，然而，在具體應用過程中，轉子磁鏈會受到系統特性的影響，且直流電動機的控制應用了特別復雜的矢量旋轉變換方式，這也會影響到具體的控制效果。且轉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控制方式，就是需要設置好速度傳感器，這也導致其應用范圍受了一定的阻礙。

2 智能型控制變頻電源

常見的智能型控制變頻電源有模糊控制法、神經網絡控制法、學習控制法、專家系統法等等，目前，多種類型的變頻電源都開始應用智能型控制法，獲取了理想的效果，不同的控制方式有著各自的特點：

（1）神經網絡控制法：變頻電源控制使用的神經網絡控制方式是一種相對復雜的系統控制，神經網絡既可以辨別系統，還可以對其進行控制。此外，如果應用多個變頻電源時，可以采用神經網絡控制法，但是該種方法也有一些不足，就是層數多、算法復雜，對其具體應用造成了影響。

（2）專家系統控制法：該種系統應用“專家經驗驗證法”，需要建立專門的專家庫，在里面提前存儲專家的相關信息和推理機制，其目的是為了依據已知的信息找到理想的控制結果。專家系統的應用效果是由專家庫與推理機制的設計效果來決定的。

（3）模糊控制法：變頻電源在運轉時，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機升速時間，避免升速過快影響電動機的壽命與工作效率。模糊控制法的關鍵就是模糊級別、隸屬度以及域，這一方式多應用在單輸出、多輸入系統之中。

目前，市場上涌現了多種品牌的變頻電源，每一種變頻電源的性能都不同，但是并非價格越貴，性能就越好，在具體的應用過程中，需要根據使用范圍與要求來進行選擇。

3 結語

目前，變頻電源已經在工業領域中得到了普及性應用，每一種變頻電源的特點不同，本文針對變頻電源的控制類型與控制方式進行了全面的分析，詳細介紹了每一種電源的參數類型，在具體的應用過程中，需要根據需求來選擇變頻電源控制方式，合理的設置變頻器，充分發揮出不同變頻器的優勢。

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1004-7344（2016）21-0309-01

2016-7-10