- 變頻器未來發(fā)展趨勢
- 自關(guān)斷化、模塊化、集成化、智能化,開關(guān)頻率不斷提高
- 脈寬調(diào)制變壓變頻器的控制方法可以采用正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)控制
- 微處理器的進步使數(shù)字控制成為現(xiàn)代控制器的發(fā)展方向
變頻器是運動控制系統(tǒng)中的功率變換器。當(dāng)今的運動控制系統(tǒng)是包含多種學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域,總的發(fā)展趨勢是:驅(qū)動的交流化,功率變換器的高頻化,控制的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。因此,變頻器作為系統(tǒng)的重要功率變換部件,提供可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發(fā)展。
經(jīng)歷大約30年的研發(fā)與應(yīng)用實踐,隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及控制技術(shù)的發(fā)展,變頻器的性能價格比越來越高,體積越來越小,而廠家仍然在不斷地提高可靠性實現(xiàn)變頻器的進一步小型輕量化、高性能化和多功能化以及無公害化而做著新的努力。變頻器性能的優(yōu)劣,一要看其輸出交流電壓的諧波對電機的影響,二要看對電網(wǎng)的諧波污染和輸入功率因數(shù),三要看本身的能量損耗(即效率)如何?這里僅以量大面廣的交—直—交變頻器為例,闡述它的發(fā)展趨勢:
1、主電路功率開關(guān)元件的自關(guān)斷化、模塊化、集成化、智能化,開關(guān)頻率不斷提高,開關(guān)損耗進一步降低。
2、變頻器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面:
變頻器的網(wǎng)側(cè)變流器對低壓小容量的裝置常采用6脈沖變流器,而對中壓大容量的裝置采用多重化12脈沖以上的變流器。負(fù)載側(cè)變流器對低壓小容量裝置常采用兩電平的橋式逆變器,而對中壓大容量的裝置采用多電平逆變器。對于四象限運行的傳動,為實現(xiàn)變頻器再生能量向電網(wǎng)回饋和節(jié)省能量,網(wǎng)側(cè)變流器應(yīng)為可逆變流器,同時出現(xiàn)了功率可雙向流動的雙PWM變頻器,對網(wǎng)側(cè)變流器加以適當(dāng)控制可使輸入電流接近正弦波,減少對電網(wǎng)的公害。目前,低、中壓變頻器都有這類產(chǎn)品。
3、脈寬調(diào)制變壓變頻器的控制方法可以采用正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)控制、消除指定次數(shù)諧波的PWM控制、電流跟蹤控制、電壓空間矢量控制(磁鏈跟蹤控制)。
4、交流電動機變頻調(diào)整控制方法的進展主要體現(xiàn)在由標(biāo)量控制向高動態(tài)性能的矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制發(fā)展和開發(fā)無速度傳感器的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)方面。
5、微處理器的進步使數(shù)字控制成為現(xiàn)代控制器的發(fā)展方向:運動控制系統(tǒng)是快速系統(tǒng),特別是交流電動機高性能的控制需要存儲多種數(shù)據(jù)和快速實時處理大量信息。近幾年來,國外各大公司紛紛推出以DSP(數(shù)字信號處理器)為基礎(chǔ)的內(nèi)核,配以電機控制所需的外圍功能電路,集成在單一芯片內(nèi)的稱為DSP單片電機控制器,價格大大降低,體積縮小,結(jié)構(gòu)緊湊,使用便捷,可靠性提高。DSP和普通的單片機相比,處理數(shù)字運算能力增強10~15倍,以確保系統(tǒng)有更優(yōu)越的控制性能。
數(shù)字控制使硬件簡化,柔性的控制算法使控制具有很大的靈活性,可實現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律,使現(xiàn)代控制理論在運動控制系統(tǒng)中應(yīng)用成為現(xiàn)實,易于與上層系統(tǒng)連接進行數(shù)據(jù)傳輸,便于故障診斷加強保護和監(jiān)視功能,使系統(tǒng)智能化(如有些變頻器具有自調(diào)整功能)。
6、交流同步電動機已成為交流可調(diào)傳動中的一顆新星,特別是永磁同步電動機,電機獲得無刷結(jié)構(gòu),功率因數(shù)高,效率也高,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速嚴(yán)格與電源頻率保持同步。同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)有他控變頻和自控變頻兩大類。自控變頻同步電機在原理上和直流電機極為相似,用電力電子變流器取代了直流電機的機械換向器,如采用交—直—交變壓變頻器時叫做“直流無換向器電機”或稱“無刷直流電動機(BLDC)”。傳統(tǒng)的自控變頻同步機調(diào)速系統(tǒng)有轉(zhuǎn)子位置傳感器,現(xiàn)正開發(fā)無轉(zhuǎn)子位置傳感器的系統(tǒng)。同步電機的他控變頻方式也可采用矢量控制,其按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制比異步電機簡單。