随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展, 变频器的性能价格比越来越高, 体积越来越小, 而厂家仍然在不断地提高可靠性实现变频器的进一步小型轻量化、高性能化和多功能化以及无公害化而做着新的努力。变频器性能的优劣, 一要看其输出交流电压的谐波对电机的影响, 二要看对电网的谐波污染和输入功率因数, 三要看本身的能量损耗如何。变频器的网侧变流器对低压小容量的装置常采用6脉冲变流器, 而对中压大容量的装置采用多重化12脉冲以上的变流器。负载侧变流器对低压小容量装置常采用两电平的桥式逆变器, 而对中压大容量的装置采用多电平逆变器。对于四象限运行的传动, 为实现变频器再生能量向电网回馈和节省能量, 网侧变流器应为可逆变流器, 同时出现了功率可双向流动的双PWM变频器, 对网侧变流器加以适当控制可使输入电流接近正弦波, 减少对电网的公害。目前, 低、中压变频器都有这类产品。脉宽调制变压变频器的控制方法可以采用正弦波脉宽调制 (SPWM) 控制、消除指定次数谐波的PWM控制、电流跟踪控制、电压空间矢量控制 (磁链跟踪控制) 。
交流电动机变频调整控制方法的进展主要体现在由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转矩控制发展和开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。VVVF是Variable Voltage and Variable Frequency的缩写, 意为改变电压和改变频率, 也就是人们所说的变压变频。CVCF是Constant Voltage and Constant Frequency的缩写, 意为恒电压、恒频率, 也就是人们所说的恒压恒频。我们使用的电源分为交流电源和直流电源, 一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压, 整流滤波后得到的。交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95%左右。无论是用于家庭还是用于工厂, 单相交流电源和三相交流电源, 其电压和频率均按各国的规定有一定的标准, 如我国大陆规定, 直接用户单相交流电为220V, 三相交流电线电压为380V, 频率为50Hz, 其它国家的电源电压和频率可能于我国的电压和频率不同, 如有单相100V/60Hz, 三相200V/60Hz等等, 标准的电压和频率的交流供电电源叫工频交流电。通常, 把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。
微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向:运动控制系统是快速系统, 特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。近几年来, 国外各大公司纷纷推出以DSP (数字信号处理器) 为基础的内核, 配以电机控制所需的外围功能电路, 集成在单一芯片内的称为DSP单片电机控制器, 价格大大降低, 体积缩小, 结构紧凑, 使用便捷, 可靠性提高。DSP和普通的单片机相比, 处理数字运算能力增强10~15倍, 以确保系统有更优越的控制性能。
数字控制使硬件简化, 柔性的控制算法使控制具有很大的灵活性, 可实现复杂控制规律, 使现代控制理论在运动控制系统中应用成为现实, 易于与上层系统连接进行数据传输, 便于故障诊断加强保护和监视功能, 使系统智能化 (如有些变频器具有自调整功能) 。
交流同步电动机已成为交流可调传动中的一颗新星, 特别是永磁同步电动机, 电机获得无刷结构, 功率因数高, 效率也高, 转子转速严格与电源频率保持同步。同步电机变频调速系统有他控变频和自控变频两大类。自控变频同步电机在原理上和直流电机极为相似, 用电力电子变流器取代了直流电机的机械换向器, 如采用交―直―交变压变频器时叫做“直流无换向器电机”或称“无刷直流电动机 (BLDC) ”。传统的自控变频同步机调速系统有转子位置传感器, 现正开发无转子位置传感器的系统。同步电机的他控变频方式也可采用矢量控制, 其按转子磁场定向的矢量控制比异步电机简单。
同步调速系统的特点:
交流电机旋转磁场的同步转速ω1与定子电源频率f1有确定的关系异步电动机的稳态转速总是低于同步转速的, 二者之差叫做转差;同步电动机的稳态转速等于同步转速, 转差s=0。同步电动机和异步电动机的定子都有同样的交流绕组, 一般都是三相的, 而转子绕组则不同, 同步电动机转子除直流励磁绕组 (或永久磁钢) 外, 还可能有自身短路的阻尼绕组由于同步电动机转子有独立励磁, 在极低的电源频率下也能运行, 因此, 在同样条件下, 同步电动机的调速范围比异步电动机更宽。
异步电动机的转子绕组不需与其他电源相连, 其定子电流直接取自交流电力系统;与其他电机相比, 异步电动机的结构简单, 制造、使用、维护方便, 运行可靠性高, 重量轻, 成本低。以三相异步电动机为例, 与同功率、同转速的直流电动机相比, 前者重量只及后者的二分之一, 成本仅为三分之一。
矢量控制变频调速的做法是:将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic通过三相———两相变换, 等效成两相静止坐标系下的交流电流Iβ1, 再通过按转子磁场定向旋转变换, 等效成同步旋转坐标系下的直流电流, 然后仿效直流电动机的控制方法, 求得直流电动机控制量, 经过相应的坐标反变换, 实现对异步电动机的控制。在高性能的异步电机控制系统中多采用交叉闭环控制的矢量控制。采用矢量控制方式的目的, 主要是为了提高变频调速的动态性能。虽然这一理论的提出是交流传动理论上的一个飞跃, 但是由于它既要确定转子的磁链, 又要进行坐标变换, 还要考虑转子参数变动带来的影响, 所以系统非常复杂。
交流电动机变频调整控制方法的进展主要体现在由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转矩控制发展、开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向。运动控制系统是快速系统, 特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。近几年来, 国外各大公司纷纷推出以DSP (数字信号处理器) 为基础的内核, 配以电机控制所需的外围功能电路, 集成在单一芯片内的称为DSP单片电机控制器, 价格大大降低, 体积缩小, 结构紧凑, 使用便捷, 可靠性提高。DSP和普通的单片机相比, 处理数字运算能力增强10~15倍, 可确保系统有更优越的控制性能。数字控制使硬件简化, 柔性的控制算法使控制具有很大的灵活性, 可实现复杂控制规律, 使现代控制理论在运动控制系统中应用成为现实, 易于与上层系统连接进行数据传输, 便于故障诊断、加强保护和监视功能, 使系统智能化。
摘要：变频器是运动控制系统中的功率变换器。当今的运动控制系统是包含多种学科的技术领域, 总的发展趋势是驱动的交流化, 功率变换器的高频化, 控制的数字化、智能化和网络化。因此, 变频器作为系统的重要功率变换部件, 提供可控的高性能变压变频的交流电源而得到迅猛发展。
关键词：变频器,矢量控制,电机旋转
参考文献
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