變頻器其他控制方式
(1)PWM的調制方式
1)同步調制 在一個調制信號周期內包含三角波的個數不變,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。在開關頻率較低時,可以保證輸出波形的對稱性,但在較低頻率時,載波數量顯得稀疏,從而產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)異步調制 調制信號周期變化的同時載波周期仍保持不變,即f△/fs≠C,這種調制特點是在低頻工作時對減小諧波損耗及轉矩脈動大有改善,適用f<20Hz低頻工作段。
3)隨機調制 按調制信號的周期及輸出的電壓值,能自動選擇調制方式與調制深度a及開關角α,以適應工作頻率變動幅值較大、負載轉矩或功率變動大及有沖擊性的閉環系統。這種調制方式是從根本上解決SPWM在低頻工作段存在先天不足,即轉矩變小、轉矩脈動、諧波較大的缺點,但軟件技術上有一定難度,幾乎國內外沒有這類調制方式的產品。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,僅采用異步調制方式。
(2)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控制是靜態的調壓,即當f一定時,電壓也一定了,它沒有按電動機負載率β的大小進行最佳控制。日本AREX公司10年前獲得世界公認的超能士節能控制器,多了一個環節,可按實際的負載率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),因此是最節電的,比一般變頻器在相同工況條件下,能多節電8%~10%,而且COSθ≈1,是個動態調功控制器,特別適用風機、水泵類負載。在節能運行時,效果特好,早期產品為SMX系列,近年為擴大使用范圍,適用調速需要,新品種為VMX系列。后來日立J300系列變頻器在節能運行時也有此功能。電動機的U形特性曲線見圖1。
1)同步調制 在一個調制信號周期內包含三角波的個數不變,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。在開關頻率較低時,可以保證輸出波形的對稱性,但在較低頻率時,載波數量顯得稀疏,從而產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)異步調制 調制信號周期變化的同時載波周期仍保持不變,即f△/fs≠C,這種調制特點是在低頻工作時對減小諧波損耗及轉矩脈動大有改善,適用f<20Hz低頻工作段。
3)隨機調制 按調制信號的周期及輸出的電壓值,能自動選擇調制方式與調制深度a及開關角α,以適應工作頻率變動幅值較大、負載轉矩或功率變動大及有沖擊性的閉環系統。這種調制方式是從根本上解決SPWM在低頻工作段存在先天不足,即轉矩變小、轉矩脈動、諧波較大的缺點,但軟件技術上有一定難度,幾乎國內外沒有這類調制方式的產品。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,僅采用異步調制方式。
(2)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控制是靜態的調壓,即當f一定時,電壓也一定了,它沒有按電動機負載率β的大小進行最佳控制。日本AREX公司10年前獲得世界公認的超能士節能控制器,多了一個環節,可按實際的負載率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),因此是最節電的,比一般變頻器在相同工況條件下,能多節電8%~10%,而且COSθ≈1,是個動態調功控制器,特別適用風機、水泵類負載。在節能運行時,效果特好,早期產品為SMX系列,近年為擴大使用范圍,適用調速需要,新品種為VMX系列。后來日立J300系列變頻器在節能運行時也有此功能。電動機的U形特性曲線見圖1。

(3)采用數字信號處理器(DSP)控制方式 從20世紀90年代開始,變頻器已從模擬控制轉向數字控制,至今幾乎都是數字控制的產品,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公司的產品。國內外多數選用此品牌,但英國及日本等大公司,它們用自己開發的專用電動機控制芯片。近年來又出現了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、動態響應時間短及控制精度高的優點,因此在高檔變頻器應用日益增多。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,軟件開發有一定難度,所以還不普遍,現丹佛斯、英國CT、我國深圳安圣電氣全系列都用DSP器件。
當信息量較大時,為加速運算獲得快速動態相應,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。
(4)模糊控制(FUZZY) 此方式按電動機參數及運行狀態,通過模糊控制方法控制,特別適用通用單片機如8031等為CPU的場合應用,模糊控制軟件簡化不要數學模型,又可對多變量實時控制,隨機變量能達一定精度要求,在冰箱、空調、洗衣機、微波爐等家電應用較廣。當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)。
當信息量較大時,為加速運算獲得快速動態相應,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。
(4)模糊控制(FUZZY) 此方式按電動機參數及運行狀態,通過模糊控制方法控制,特別適用通用單片機如8031等為CPU的場合應用,模糊控制軟件簡化不要數學模型,又可對多變量實時控制,隨機變量能達一定精度要求,在冰箱、空調、洗衣機、微波爐等家電應用較廣。當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)。

(5)自整定控制 此方式按電動機的參數及運行狀態自動搜索后,存人ROM,變頻器運行的各種參數值及特性始終使電動機與變頻器處于最佳匹配工作狀態,具有調試最簡單,而功效最好的特點,目前個別廠商已有產品,如日本富士等。
(6)雙PWM控制 當今電壓型交一直一交的主電路應用十分廣泛,SPWM調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,對電網有一定影響。隨著變頻器的廣泛應用,對電網的諧波污染問題又提到議事日程,經專家研討,認為采用雙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,并能實現回饋再生制動。雙PWM變頻器結構見圖3。

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