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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)實際出發(fā)，綜述了近年來各種變頻器的特點，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，以實現(xiàn)電機的變速運行的設(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轉(zhuǎn)矩計算的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行調(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)構(gòu)非常簡單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式,，不能達到較高的控制性能,，而且，在低頻時,，必須進行轉(zhuǎn)矩補償,，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的實際轉(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，有時還加有電流反饋,，對頻率和電流進行控制,，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電路控制電動機定子電流的大小和相位,，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轉(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變換處理分別對勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制,，然后通過控制電動機定子繞組上的電壓,、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。這種控制方式調(diào)速范圍寬,，啟動轉(zhuǎn)矩大,，工作可靠，操作方便,，但計算比較復(fù)雜,，一般需要專門的處理器來進行計算，因此,，實時性不是太理想,，控制精度受到計算精度的影響。
(4) 直接轉(zhuǎn)矩控制
直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標的概念,，在定子坐標系下分析交流電動機的數(shù)學模型,，控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，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,，系統(tǒng)直觀、簡潔,，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)的狀態(tài)下，也能輸出100%的額定轉(zhuǎn)矩,，對于多拖動具有負荷平衡功能,。
(5) 控制
控制在實際中的應(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控制要求進行個別參數(shù)的化,。例如在高壓變頻器的控制應(yīng)用中,，就成功的采用了時間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實現(xiàn)一定條件下的電壓波形,。
(6)其他非智能控制方式
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),、學習控制等。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,，一般是進行比較復(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)網(wǎng)絡(luò)既要完成系統(tǒng)辨識的功能,，又要進行控制,。而且神經(jīng)網(wǎng)絡(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，使電動機的升速時間得到控制,，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)驗進行控制的一種控制方式，因此,，專家系統(tǒng)中一般要建立一個專家?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)果,。專家?guī)炫c推理機制的設(shè)計是尤為重要的，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) 學習控制
學習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)恰好滿足這個條件,，因此學習控制也可用于變頻器的控制中。學習控制不需要了解太多的系統(tǒng)信息,，但是需要1~2個學習周期,，因此快速性相對較差，而且,，學習控制的算法中有時需要實現(xiàn)超前環(huán)節(jié),，這用模擬器件是無法實現(xiàn)的，同時,，學習控制還涉及到一個穩(wěn)定性的問題,，在應(yīng)用時要特別注意。