變頻器自動化控制分類及展望淺析

李 坤

株洲中車時代電氣股份有限公司 湖南 株洲 412000

科技的進步在很大程度上提升了工業生產的自動化水平,使其中的電氣自動化得到了快速的發展,在電氣自動化方面,變頻器的應用十分廣泛,它是變頻調速系統的重要組成部分,對于電力傳動技術而言,它是一個發展的主要方向,也因此,人們對于變頻器在自動化控制當中使用的可靠性和安全性非常的重視,本文圍繞工業電氣自動化控制當中的變頻器應用進行討論,了解變頻器的運行原理,對變頻器在實際的工業電氣自動化控制中的具體應用以及未來的發展形式加以探討,希望可以有效提升工業領域對變頻器的應用水平。

1 淺析變頻器的運行原理

變頻器能夠對50Hz或60Hz的工頻電源進行轉換,將其轉化為交流電源,并富有多種頻率,以此來滿足電機運行過程中的變速調節需求,其中的主電路的有效控制是由控制電路來完成的,而對于異步電機來說,主電路是轉換調頻調壓電源的關鍵內容,具體可以將變頻器中的主電路分成兩種類型,分別是電壓型和電流型,其中電壓型主要是將直流的電壓源向交流的形式轉換,電容則是直流回路當中的濾波；而電流型主要是將直流的的電流源向交流形式轉變的變頻器,直流回路當中的濾波則是由電感來充當；變頻器的構成主要可以分成三個部分：第一,整流器,主要負責將工頻電源向直流功率進行轉換,這種變流器在二極管當中的應用非常廣泛,它將工頻電源向直流電源轉變,同時還可以對晶體管變流器進行組合,形成可逆變型的變流器,正是因為其具有可逆性的功能,所以可以實現再生性的運轉；第二,平波回路,能夠對逆變器以及電流器運行過程中出現的電壓脈動加以吸收,同時,逆變器運行過程中形成的脈動電流也會使直流電壓發生改變,為了對電壓波動進行有效的抑制,對電容和電感加以使用,用于脈動電流或電壓的吸收,如果裝置的容量比較小,而主電路和電源器件當中有余量,可以將電感省去,直接對平波回路加以使用；第三,逆變器,能夠將直流功率向交流功率轉變,與整流器的功能相反,逆變器的主要功能就是對直流功率進行轉變,將其變為電氣運行所需的交流功率,可以通過對開關裝置的開啟和關閉實現交流的輸出。除此之外,如果應用的變頻器需要進行大量的運算,例如矢量控制變頻器,還需要相應的電極以及轉矩計算CPU 對其運行加以輔助。

2 變頻器控制方式的分類

2.1 直接轉矩控制 直接轉矩控制(DirectTorque)它是在矢量控制系統之后迅速發展起來的另一種高動態性能的控制方式,在軌道交通牽引系統、工業自動化控制系統、風力發電、船舶、光伏等各個領域廣泛應用,它主要是在定子坐標系下,分析牽引電機的數學模型,通過計算控制牽引電機的轉矩以及磁鏈,并且把轉矩的檢測值和給定值作為比較,調節使波動控制在誤差范圍內,誤差的大小由控制器來調節并產生PWM 信號,直接對逆變器的開關狀態進行控制,來獲得高動態性能的轉矩輸出。

2.2 最優控制 最優控制是基于最優控制理論,針對某一個控制要素計算,得到參數的最優解。在工業應用中,控制系統隨著要素的不用而有所變化,在高壓大功率光伏變頻系統中,一般采用相位平移控制和時間分段控制兩種策略或其中某一種策略,實現一定條件下的電壓最優波形。

2.3 神經網絡控制 在比較復雜的變頻調速控制系統中神經網絡控制方式占的比較多,但是了解系統模型比較少,所以 在神經網絡中想要完成系統辨識的能力還要進行控制,神經網絡的層數有些多并且算法比較復雜在自動化具體應用中帶來很多困難,神經網絡控制方式可以同時控制很多變頻器,所以神經網絡應用比較適用于多個變頻器級聯控制系統。

2.4 模糊控制 模糊控制算法在變頻調速控制系統中是通過控制變頻器的電壓和頻率,控制牽引電機的升速時間,一方面避免電機轉速過快,是電機失速或對電機產生不可逆的壽命影響；一方面避免牽引電機轉速過慢而影響牽引效率。這種控制方式大多適用與多多輸入單輸出的控制系統中。

3 工業電氣自動化控制中變頻器的具體應用

變頻器從本質上來說就是對變頻調速技術的一種應用,而變頻調速技術早在20世紀就已經得到了很好的發展,這與一些技術的突破具有非常密切的關系,包括直接轉矩控制、電機矢量控制、全數字化控制以及自整定技術等。

對于自適應類型的電動機模型來說,它的主要作用即是通過對電動機輸入的電流及電壓進行檢測,從而對電動機的各項基礎參數加以識別,并且在很多工業生產當中,變頻調速技術的應用能夠有效提升電機系統運行控制的精確性,還能夠根據工業電機運行的具體情況對開環和閉環的轉速進行選擇,并完成轉矩的比較,而這種比較器主要是將參數考值和反饋值進行對比,結合滯環調節器對磁場或轉矩的輸出狀態,在相關的選擇器當中對芯片加以選用對信息進行處理,然后參考OFDM 調制方式當中的信號編碼設計對模塊電路進行編寫,并通過仿真實驗的方式對各模塊的功能加以驗證,與此同時,由于電解電容器在容量方面的離散性較大,會使他們承受差異性的電壓,所以,將電阻值相同的均壓電阻并聯在電容旁可以將離散性所產生的影響直接消除,為了防止接通電源的瞬間在電容器當中產生過大的浪涌電流,將整流電路燒壞或產生一系列的不利影響,還需要將浪涌電流的抑制裝置設置在電路當中。

4 工業電氣自動化控制中變頻器的發展形式

在工業領域應用變頻器對電氣進行自動化控制,使工業企業的生產活動獲得了良好的節能效果,在確保產品質量的基礎上,實現了生產成本的有效降低,除此之外,在使用變頻器的過程中,還應該與工業企業的生產實際相結合,對其作用和功能進行不斷的創新和完善,使變頻器能夠在電氣自動化方面的價值得到進一步的發揮,以此來對工業領域的生產條件進行改善,有效提升工業生產的便利性,推動工業的現代化發展。

結束語

變頻器的控制方式是一個值得研究的問題,依靠致力于這項工作的有識之士的共同努力,使國產變頻器早日走向世界市場并且成為一流的產品。變頻器的控制方式代表著變頻器的性能和水平,在工程應用中根據不同的負載及不同控制要求,合理選擇變頻器及控制方式,以達到資源的最佳配置,具有重要的意義。