變頻器其他控制方式
(1)PWM的調(diào)制方式
1)同步調(diào)制 在一個調(diào)制信號周期內(nèi)包含三角波的個數(shù)不變,在改變信號周期的同時成比例改變載波周期,使f△/fs=C≥3,且必須是奇數(shù)。在開關(guān)頻率較低時,可以保證輸出波形的對稱性,但在較低頻率時,載波數(shù)量顯得稀疏,從而產(chǎn)生電流波形脈動諧波加大,因此只適用在f>20Hz頻率段工作,目前的V/F方式即如此。
2)異步調(diào)制 調(diào)制信號周期變化的同時載波周期仍保持不變,即f△/fs≠C,這種調(diào)制特點是在低頻工作時對減小諧波損耗及轉(zhuǎn)矩脈動大有改善,適用f<20Hz低頻工作段。
3)隨機調(diào)制 按調(diào)制信號的周期及輸出的電壓值,能自動選擇調(diào)制方式與調(diào)制深度a及開關(guān)角α,以適應(yīng)工作頻率變動幅值較大、負(fù)載轉(zhuǎn)矩或功率變動大及有沖擊性的閉環(huán)系統(tǒng)。這種調(diào)制方式是從根本上解決SPWM在低頻工作段存在先天不足,即轉(zhuǎn)矩變小、轉(zhuǎn)矩脈動、諧波較大的缺點,但軟件技術(shù)上有一定難度,幾乎國內(nèi)外沒有這類調(diào)制方式的產(chǎn)品。近年獨有深圳康沃公司的變頻器是采用同步、異步、隨機調(diào)制方式,與眾不同,性能較佳。臺灣東元JA系列變頻器有3R型,僅采用異步調(diào)制方式。
?。?)按電動機U形特性曲線與V/F配合的控制方式 眾所周知,V/F控制是靜態(tài)的調(diào)壓,即當(dāng)f一定時,電壓也一定了,它沒有按電動機負(fù)載率β的大小進(jìn)行最佳控制。日本AREX公司10年前獲得世界公認(rèn)的超能士節(jié)能控制器,多了一個環(huán)節(jié),可按實際的負(fù)載率β來自動搜索(通過專用集成電路),輸出最小的工作電壓和最小工作電流(U形特性曲線),因此是最節(jié)電的,比一般變頻器在相同工況條件下,能多節(jié)電8%~10%,而且COSθ≈1,是個動態(tài)調(diào)功控制器,特別適用風(fēng)機、水泵類負(fù)載。在節(jié)能運行時,效果特好,早期產(chǎn)品為SMX系列,近年為擴大使用范圍,適用調(diào)速需要,新品種為VMX系列。后來日立J300系列變頻器在節(jié)能運行時也有此功能。電動機的U形特性曲線見圖1。
1)同步調(diào)制 在一個調(diào)制信號周期內(nèi)包含三角波的個數(shù)不變,在改變信號周期的同時成比例改變載波周期,使f△/fs=C≥3,且必須是奇數(shù)。在開關(guān)頻率較低時,可以保證輸出波形的對稱性,但在較低頻率時,載波數(shù)量顯得稀疏,從而產(chǎn)生電流波形脈動諧波加大,因此只適用在f>20Hz頻率段工作,目前的V/F方式即如此。
2)異步調(diào)制 調(diào)制信號周期變化的同時載波周期仍保持不變,即f△/fs≠C,這種調(diào)制特點是在低頻工作時對減小諧波損耗及轉(zhuǎn)矩脈動大有改善,適用f<20Hz低頻工作段。
3)隨機調(diào)制 按調(diào)制信號的周期及輸出的電壓值,能自動選擇調(diào)制方式與調(diào)制深度a及開關(guān)角α,以適應(yīng)工作頻率變動幅值較大、負(fù)載轉(zhuǎn)矩或功率變動大及有沖擊性的閉環(huán)系統(tǒng)。這種調(diào)制方式是從根本上解決SPWM在低頻工作段存在先天不足,即轉(zhuǎn)矩變小、轉(zhuǎn)矩脈動、諧波較大的缺點,但軟件技術(shù)上有一定難度,幾乎國內(nèi)外沒有這類調(diào)制方式的產(chǎn)品。近年獨有深圳康沃公司的變頻器是采用同步、異步、隨機調(diào)制方式,與眾不同,性能較佳。臺灣東元JA系列變頻器有3R型,僅采用異步調(diào)制方式。
?。?)按電動機U形特性曲線與V/F配合的控制方式 眾所周知,V/F控制是靜態(tài)的調(diào)壓,即當(dāng)f一定時,電壓也一定了,它沒有按電動機負(fù)載率β的大小進(jìn)行最佳控制。日本AREX公司10年前獲得世界公認(rèn)的超能士節(jié)能控制器,多了一個環(huán)節(jié),可按實際的負(fù)載率β來自動搜索(通過專用集成電路),輸出最小的工作電壓和最小工作電流(U形特性曲線),因此是最節(jié)電的,比一般變頻器在相同工況條件下,能多節(jié)電8%~10%,而且COSθ≈1,是個動態(tài)調(diào)功控制器,特別適用風(fēng)機、水泵類負(fù)載。在節(jié)能運行時,效果特好,早期產(chǎn)品為SMX系列,近年為擴大使用范圍,適用調(diào)速需要,新品種為VMX系列。后來日立J300系列變頻器在節(jié)能運行時也有此功能。電動機的U形特性曲線見圖1。

(3)采用數(shù)字信號處理器(DSP)控制方式 從20世紀(jì)90年代開始,變頻器已從模擬控制轉(zhuǎn)向數(shù)字控制,至今幾乎都是數(shù)字控制的產(chǎn)品,較為普遍的CPU是專用于電動機高速控制的16位87C196MC單片機,16MHz的晶振,是美國Inbbb公司的產(chǎn)品。國內(nèi)外多數(shù)選用此品牌,但英國及日本等大公司,它們用自己開發(fā)的專用電動機控制芯片。近年來又出現(xiàn)了DSP作CPU的控制,但這僅是硬件更新,控制方式還是前述幾種。由于DSP具有運算速度快、實時性能好、動態(tài)響應(yīng)時間短及控制精度高的優(yōu)點,因此在高檔變頻器應(yīng)用日益增多。DSP器件有16位或32位的。由于DSP器件工作頻率高,對抗干擾要求高,軟件開發(fā)有一定難度,所以還不普遍,現(xiàn)丹佛斯、英國CT、我國深圳安圣電氣全系列都用DSP器件。
當(dāng)信息量較大時,為加速運算獲得快速動態(tài)相應(yīng),增強實時性,一般采用并行方式按信息類別分別處理,有的用雙CPU、吉納VSC2000或雙DSP,例如安圣的TD-3000、TD—3100、TD—3300系列變頻器。
?。?)模糊控制(FUZZY) 此方式按電動機參數(shù)及運行狀態(tài),通過模糊控制方法控制,特別適用通用單片機如8031等為CPU的場合應(yīng)用,模糊控制軟件簡化不要數(shù)學(xué)模型,又可對多變量實時控制,隨機變量能達(dá)一定精度要求,在冰箱、空調(diào)、洗衣機、微波爐等家電應(yīng)用較廣。當(dāng)然模糊控制也適用變頻器的控制,如Vacon變頻器就采用模糊電流矢量控制(見圖2)。
當(dāng)信息量較大時,為加速運算獲得快速動態(tài)相應(yīng),增強實時性,一般采用并行方式按信息類別分別處理,有的用雙CPU、吉納VSC2000或雙DSP,例如安圣的TD-3000、TD—3100、TD—3300系列變頻器。
?。?)模糊控制(FUZZY) 此方式按電動機參數(shù)及運行狀態(tài),通過模糊控制方法控制,特別適用通用單片機如8031等為CPU的場合應(yīng)用,模糊控制軟件簡化不要數(shù)學(xué)模型,又可對多變量實時控制,隨機變量能達(dá)一定精度要求,在冰箱、空調(diào)、洗衣機、微波爐等家電應(yīng)用較廣。當(dāng)然模糊控制也適用變頻器的控制,如Vacon變頻器就采用模糊電流矢量控制(見圖2)。

?。?)自整定控制 此方式按電動機的參數(shù)及運行狀態(tài)自動搜索后,存人ROM,變頻器運行的各種參數(shù)值及特性始終使電動機與變頻器處于最佳匹配工作狀態(tài),具有調(diào)試最簡單,而功效最好的特點,目前個別廠商已有產(chǎn)品,如日本富士等。
?。?)雙PWM控制 當(dāng)今電壓型交一直一交的主電路應(yīng)用十分廣泛,SPWM調(diào)制僅用在逆變器部分,而整流器是三相不可控的。因輸入有諧波存在,COSθ也較低,損耗較大,對電網(wǎng)有一定影響。隨著變頻器的廣泛應(yīng)用,對電網(wǎng)的諧波污染問題又提到議事日程,經(jīng)專家研討,認(rèn)為采用雙PWM控制,即整流橋也采用也控ICBT的SPWM方法是有效的。從理論分析cosθ=1,無諧波,有綠色變頻器的美稱,并能實現(xiàn)回饋再生制動。雙PWM變頻器結(jié)構(gòu)見圖3。

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