微特電機(jī)的選用
第四講感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速方法的比較及選用
宋 凱 劉寶廷 宋凌鋒 宋立偉 (哈爾濱工業(yè)大學(xué)150001)
l變頻方法的比較
感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速從主回路結(jié)構(gòu)形式上分，有交一交頻和交一直一交變頻；從無功能量的處理方式上分，有電壓型和電流型兩種；從輸出的波形上分有方波、階梯波、pam和pwm變頻；從控制技術(shù)上可分為開環(huán)控制、pid閉環(huán)控制、轉(zhuǎn)差控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制和智能控制；從控制電路實(shí)現(xiàn)上還可分為模擬電路和數(shù)字電路變頻。
1．1交-交變頻與交-直-交變頻
交一交變頻主回路元件數(shù)量較多，一般，輸出****為電網(wǎng)頻率的1／3～1／2，所以交一交變頻特別適用低速大容量的系統(tǒng)中，小容量使用交-交變頻不合算。交-直-交變頻調(diào)速范圍寬，還可提高功率因數(shù)和進(jìn)一步降低成本，但是由于兩次換能，效率略低。
1．2電壓型變頻器和電流型變頻器電壓型變頻器儲能元件為電容器，被控量為電壓，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，制動(dòng)時(shí)需在電源側(cè)設(shè)置反并聯(lián)逆變器才能實(shí)現(xiàn)能量回饋，可適應(yīng)多電機(jī)拖動(dòng)。電流型變頻器儲能元件為電抗器，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可直接實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)可以頻繁、快速地實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，更適宜1臺逆變器對1臺電機(jī)供電的單機(jī)運(yùn)行方式。
1．3 pwm控制技術(shù)及分類
對變頻器輸出的波形進(jìn)行傅立葉分析，方波的諧波含量比較大，逆變器無論是180o導(dǎo)通型，還是120o導(dǎo)通型，較低次諧波分量都非常大，采用階梯波只能是有限的降低諧波分量。采用．pwm控制技術(shù)可以有效除去低次諧波分量，能防止低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但這使輸出波形中所含的高次諧波分量比方波輸出時(shí)大，諧波損耗仍然很大；此外，在高精度場合，諧波轉(zhuǎn)矩也不容忽視。
早期一般采用pam方式，即脈沖幅值調(diào)制，調(diào)頻調(diào)壓分開；現(xiàn)在采用pwm方式，調(diào)頻同時(shí)調(diào)壓。目前已經(jīng)提出并得到應(yīng)用的pwm控制方案不少于10種，等脈寬pwm法因?yàn)橹C波分量較大而趨于淘汰，現(xiàn)在方興未艾的是正弦波脈寬調(diào)制spwm，它包括電壓spwm、磁通spwm(空間電壓矢量svpwm)和電流spwm。電壓spwm****缺點(diǎn)是電壓利用率低(輸出電壓有效值只為進(jìn)線電壓的0．864倍)；通常采用過調(diào)制方法克服，這使在高壓時(shí)消除諧波目的沒有達(dá)到，磁通spwm即svpwm具有轉(zhuǎn)矩脈沖小、噪聲低，電壓利用率高(輸出電壓提高15％)和諧波電流有效值的總和接近優(yōu)化(最少)的優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛應(yīng)用。電流正弦pwm技術(shù)可以滿足電機(jī)控制良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，在極低轉(zhuǎn)速下亦能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。除此之外，還有優(yōu)化pwm技術(shù)和隨機(jī)pwm技術(shù)，主要著眼點(diǎn)都是在不提高開關(guān)頻率的前提下消除諧波，抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。這兩種方法可進(jìn)一步消除波形死區(qū)畸變。
1．4控制原理上的若干控制技術(shù)
在動(dòng)態(tài)性能要求不高的場合，選擇開環(huán)控制，成本低、維護(hù)方便。速度或電流閉環(huán)可提高動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)差控制還可進(jìn)一步提高動(dòng)態(tài)性能。真正使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能可與直流機(jī)調(diào)速性能相比擬的是矢量控制，前面幾種控制策略是平均值意義上的控制，而矢量控制是瞬時(shí)值的控制，所以響應(yīng)速度快，只是實(shí)現(xiàn)起來非常復(fù)雜，成本偏高。與矢量控制相比，直接轉(zhuǎn)矩控制是用對感應(yīng)電機(jī)定子磁通的控制來代替對轉(zhuǎn)子磁通的控制，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的直接控制，它在很大程度上克服了矢量控制中計(jì)算控制復(fù)雜、特性易受電機(jī)參數(shù)變化影響、實(shí)際性能難以達(dá)到理論分析結(jié)果的缺點(diǎn)。理論上采用這種控制技術(shù)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)性能更好，但是低速穩(wěn)定性差、帶負(fù)載能力不及矢量控制調(diào)速系統(tǒng)。
近幾年，有把應(yīng)用于過程控制領(lǐng)域的專家控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制應(yīng)用于電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，且出現(xiàn)了滑模控制調(diào)速系統(tǒng)，這種變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)是一種模型參考自適應(yīng)控制，優(yōu)點(diǎn)是，傳動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)對參數(shù)變化和負(fù)載擾動(dòng)不敏感。在它所適用的場合，需要有嚴(yán)密的速度或位置跟蹤。
1．5模擬電路與數(shù)字電路控制
目前模擬電路控制已趨于淘汰，數(shù)字電路中的cpu從8位到16位，到今天的32位，集成度愈來愈高，并且出現(xiàn)了功能極強(qiáng)的專用芯片，如矢量控制芯片ad2s100和各類pwm專用芯片，現(xiàn)在常用的spwm芯片有ef4752、sle4520、ma818和8xcl96mc。4752輸出的頻率范圍窄1～200hz，開關(guān)頻率不超過2kf{z，只有一個(gè)封鎖端，可用于晶閘管驅(qū)動(dòng)；4520輸出頻率0～2 600hz，開關(guān)頻率高達(dá)23．4khz，具有動(dòng)靜態(tài)輸出禁止功能，但需要不斷地給其送產(chǎn)生spwm波所需要的預(yù)置數(shù)，容易造成軟件上的延時(shí)，并且波形為單緣調(diào)制，高頻時(shí)，載波比較小，電流畸變嚴(yán)重，ma818克服了以上缺點(diǎn)，輸出調(diào)制頻率可達(dá)4khz，開關(guān)頻率可達(dá)到24khz，適用于中高速變頻。8xcl96mc是16位處理器內(nèi)置spwm |
