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西門子變頻器的常用的控制方式有哪些
技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動技術(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),，綜述了近年來各種變頻器的特點(diǎn),，并展望了今后的發(fā)展方向,。
1.1 變頻器的基本結(jié)構(gòu)
變頻器是把工頻電源(50Hz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電,，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電,。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說,，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
變頻器的分類方法有多種,，按照主電路工作方式分類,，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(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控制變頻器；按照工作原理分類,，可以分為V/f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,，可以分為通用變頻器,、高性能變頻器、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V/f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) V/f控制
V/f控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩-速度特性，基于在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時(shí),，又要保證電動機(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,。V/f控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡單,，但是這種變頻器采用開環(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V/f控制的基礎(chǔ)上,，按照知道異步電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電源頻率,，并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動機(jī)具有對應(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)還加有電流反饋,，對頻率和電流進(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,，并對急速的加減速和負(fù)載變動有良好的響應(yīng)特性。
(3) 矢量控制
矢量控制是通過矢量坐標(biāo)電路控制電動機(jī)定子電流的大小和相位,，以達(dá)到對電動機(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)到控制電動機(jī)轉(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)間，又可以形成各種PWM波,，達(dá)到各種不同的控制目的,。例如形成開關(guān)次數(shù)少的PWM波以減少開關(guān)損耗。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)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種,。
基于轉(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致,，但是基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制還要經(jīng)過坐標(biāo)變換對電動機(jī)定子電流的相位進(jìn)行控制,，使之滿足一定的條件，以消除轉(zhuǎn)矩電流過渡過程中的波動,。因此,，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。但是,，這種控制方式屬于閉環(huán)控制方式,，需要在電動機(jī)上安裝速度傳感器，因此,，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)變換處理分別對勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，然后通過控制電動機(jī)定子繞組上的電壓,、電流辨識轉(zhuǎn)速以達(dá)到控制勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的目的,。這種控制方式調(diào)速范圍寬，啟動轉(zhuǎn)矩大,，工作可靠,，操作方便，但計(jì)算比較復(fù)雜,，一般需要專門的處理器來進(jìn)行計(jì)算,，因此，實(shí)時(shí)性不是太理想,，控制精度受到計(jì)算精度的影響,。
(4) 直接轉(zhuǎn)矩控制
直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標(biāo)的概念，在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型,，控制電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩,，通過檢測定子電阻來達(dá)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(jì)算,，系統(tǒng)直觀,、簡潔，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)的狀態(tài)下,，也能輸出100%的額定轉(zhuǎn)矩，對于多拖動具有負(fù)荷平衡功能,。
(5) 控制
控制在實(shí)際中的應(yīng)用根據(jù)要求的不同而有所不同,，可以根據(jù)控制的理論對某一個(gè)控制要求進(jìn)行個(gè)別參數(shù)的化。例如在高壓變頻器的控制應(yīng)用中,，就成功的采用了時(shí)間分段控制和相位平移控制兩種策略,，以實(shí)現(xiàn)一定條件下的電壓波形。
(6)其他非智能控制方式
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實(shí)現(xiàn),，例如自適應(yīng)控制,、滑模變結(jié)構(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經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,、模糊控制,、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制等,。在變頻器的控制中采用智能控制方式在具體應(yīng)用中有一些成功的范例,。
(1) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式應(yīng)用在變頻器的控制中，一般是進(jìn)行比較復(fù)雜的系統(tǒng)控制,，這時(shí)對于系統(tǒng)的模型了解甚少,，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)既要完成系統(tǒng)辨識的功能,，又要進(jìn)行控制,。而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式可以同時(shí)控制多個(gè)變頻器，因此在多個(gè)變頻器級聯(lián)時(shí)進(jìn)行控制比較適合,。但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)太多或者算法過于復(fù)雜都會在具體應(yīng)用中帶來不少實(shí)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率，使電動機(jī)的升速時(shí)間得到控制,，以避免升速過快對電機(jī)使用壽命的影響以及升速過慢影響工作效率,。模糊控制的關(guān)鍵在于論域、隸屬度以及模糊級別的劃分,，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”的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制的一種控制方式，因此,，專家系統(tǒng)中一般要建立一個(gè)專家?guī)?，存放一定的專家信息，另外還要有推理機(jī)制,，以便于根據(jù)已知信息尋求理想的控制結(jié)果,。專家?guī)炫c推理機(jī)制的設(shè)計(jì)是尤為重要的，關(guān)系著專家系統(tǒng)控制的優(yōu)劣,。應(yīng)用專家系統(tǒng)既可以控制變頻器的電壓,，又可以控制其電流。
(4) 學(xué)習(xí)控制
學(xué)習(xí)控制主要是用于重復(fù)性的輸入,，而規(guī)則的PWM信號(例如中心調(diào)制PWM)恰好滿足這個(gè)條件,，因此學(xué)習(xí)控制也可用于變頻器的控制中。學(xué)習(xí)控制不需要了解太多的系統(tǒng)信息,，但是需要1~2個(gè)學(xué)習(xí)周期,，因此快速性相對較差,，而且，學(xué)習(xí)控制的算法中有時(shí)需要實(shí)現(xiàn)超前環(huán)節(jié),，這用模擬器件是無法實(shí)現(xiàn)的,，同時(shí)，學(xué)習(xí)控制還涉及到一個(gè)穩(wěn)定性的問題,，在應(yīng)用時(shí)要特別注意,。