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(shù)的各項參數(shù)，用于工程技術(shù)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(diào)速要求，也可以有效降低能耗，因此，在各個工業(yè)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(tǒng)具有更高的性價比，是當前研究工程技術(shù)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(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)型異步電動機的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，既可以進行調(diào)速，還能夠改變電源的頻率，有效提升了系統(tǒng)運行的穩(wěn)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(jié)構(gòu)非常簡單，且應用開環(huán)控制法，這在一定程度上影響了其控制性能，因此，在低頻運行過程中，需要對其進行轉(zhuǎn)矩補償，這可以有效改變系統(tǒng)的特性。U/F控制法的最突出優(yōu)勢就是成本低、電路構(gòu)造簡單、物理特性理想，可以滿足常規(guī)傳動裝置的要求，但是，也顯著的缺點，其調(diào)速變化曲線會在載荷的變化下發(fā)生變化，馬達轉(zhuǎn)矩利用率偏低、轉(zhuǎn)矩回應速度慢，在低速旋轉(zhuǎn)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(wěn)定性。

（2）轉(zhuǎn)差頻率控制方式：對于平滑調(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)的運行要求，但是對于不同的運行模式，需要采用相應的調(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，有效提高了動態(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，但是容易受到電動機電磁慣性因素的影響，因此，在該種調(diào)控模式下，動態(tài)環(huán)境下的磁通密度與旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子磁場定向轉(zhuǎn)換法，將其等效為同步旋轉(zhuǎn)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(fā)展，然而，在具體應用過程中，轉(zhuǎn)子磁鏈會受到系統(tǒng)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(zhuǎn)變換方式，這也會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(jīng)網(wǎng)絡控制法、學習控制法、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(jīng)網(wǎng)絡控制法：變頻電源控制使用的神經(jīng)網(wǎng)絡控制方式是一種相對復雜的系統(tǒng)控制，神經(jīng)網(wǎng)絡既可以辨別系統(tǒng)，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(jīng)網(wǎng)絡控制法，但是該種方法也有一些不足，就是層數(shù)多、算法復雜，對其具體應用造成了影響。

（2）專家系統(tǒng)控制法：該種系統(tǒng)應用“專家經(jīng)驗驗證法”，需要建立專門的專家?guī)?，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(jù)已知的信息找到理想的控制結(jié)果。專家系統(tǒng)的應用效果是由專家?guī)炫c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(zhuǎn)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(tǒng)之中。

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

3 結(jié)語

目前，變頻電源已經(jīng)在工業(yè)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(shù)類型，在具體的應用過程中，需要根據(jù)需求來選擇變頻電源控制方式，合理的設置變頻器，充分發(fā)揮出不同變頻器的優(yōu)勢。

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