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变频器常用的控制方法综述

宣布日期：

2022-12-19

变频调速手艺是现代电力传下手艺的主要生长偏向，而作为变频调速系统的焦点—变频器的性能也越来越成为调速性能优劣的决议因素，除了变频器自己制造工艺的“先天”条件外，对变频器接纳什么样的控制方法也是很是主要的。本文从工业现实出发，综述了近年来种种变频器控制方法的特点，并展望了以后的生长偏向。

变频器简介

1、变频器的基本结构

变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成种种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的装备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中心电路对整流电路的输出举行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆酿成交流电。关于如矢量控制变频器这种需要大宗运算的变频器来说，有时还需要一个举行转矩盘算的CPU以及一些响应的电路。

2、变频器的分类

变频器的分类要领有多种，凭证主电路事情方法分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；凭证开关方法分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；凭证事情原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；凭证用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

变频器中常用的控制方法

1、非智能控制方法

在交流变频器中使用的非智能控制方法有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。

(1) V/f控制

V/f控制是为了获得理想的转矩-速率特征，基于在改变电源频率举行调速的同时，又要包管电念头的磁通稳固的头脑而提出的，通用型变频器基本上都接纳这种控制方法。V/f控制变频器结构很是简朴，可是这种变频器接纳开环控制方法，不可抵达较高的控制性能，并且，在低频时，必需举行转矩赔偿，以改变低频转矩特征。

(2) 转差频率控制

转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方法，它是在V/f控制的基础上，凭证知道异步电念头的现实转速对应的电源频率，并凭证希望获得的转矩来调理变频器的输出频率，就可以使电念头具有对应的输出转矩。这种控制方法，在控制系统中需要装置速率传感器，有时还加有电流反响，对频率和电流举行控制，因此，这是一种闭环控制方法，可以使变频用具有优异的稳固性，并对急速的加减速和负载变换有优异的响应特征。

(3) 矢量控制

矢量控制是通过矢量坐标电路控制电念头定子电流的巨细和相位，以抵达对电念头在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流划分举行控制，进而抵达控制电念头转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成种种PWM波，抵达州差别的控制目的。例如形成开关次数更少的PWM波以镌汰开关消耗。现在在变频器中现实应用的矢量控制方法主要有基于转差频率控制的矢量控制方法和无速率传感器的矢量控制方法两种。

基于转差频率的矢量控制方法与转差频率控制方法两者的定常特征一致，可是基于转差频率的矢量控制还要经由坐标变换对电念头定子电流的相位举行控制，使之知足一定的条件，以消除转矩电流过渡历程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方法比转差频率控制方法在输出特征方面能获得很大的改善。可是，这种控制方法属于闭环控制方法，需要在电念头上装置速率传感器，因此，应用规模受到限制。

无速率传感器矢量控制是通过坐标变换处置惩罚划分对励磁电流和转矩电流举行控制，然后通过控制电念头定子绕组上的电压、电流辨识转速以抵达控制励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方法调速规模宽，启动转矩大，事情可靠，操作利便，但盘算较量重大，一样平常需要专门的处置惩罚器来举行盘算，因此，实时性不是太理想，控制精度受到盘算精度的影响。

（4）直接转矩控制

直接转矩控制是使用空间矢量坐标的看法，在定子坐标系下剖析交流电念头的数学模子，控制电念头的磁链和转矩，通过检测定子电阻来抵达视察定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等重大的变换盘算，系统直观、精练，盘算速率和精度都比矢量控制方法有所提高。纵然在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩，关于多拖动具有负荷平衡功效。?

(5)最优控制?

最优控制在现实中的应用凭证要求的差别而有所差别，可以凭证最优控制的理论对某一个控制要求开展个別参数的最优化。例如在高压变频器的控制应用中，就乐成的接纳了时间分段控制和相位平移控制两种战略，以实现一定条件下的电压最优波形。?

(6)其他非智能控制方法

在现实应用中，尚有一些非智能控制方法在变频器的控制中得以实现，例如自顺应控制、滑模变结构控制、差频控制、环流控制、频率控制等。

2、智能控制方法

智能控制方法主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统、学习控制等。在变频器的控制中接纳智能控制方法在详细砬用中有一些乐成的规范。

(1)神经网络控制

神经网络控制方法应用在变频器的控制中，一样平常是开展较量重大的系统控制，这时关于系统的模子相识甚少，因此神经网络既要完成系统辨识的功效，又要开展控制。并且神经网络控制方法可以同时控制多个变频器，因此在多个变频器级联时开展控制较量适合。可是神经网络的层数太多或者算法过于重大都会在详细应用中带来不少现实难题。

(2)模糊控制

模糊控制算法用于控制变频器的电压和频率，使电念头的升速时间获得控制，以避免升速过快对电机使用寿命的影响以及升速过慢影响事情效率。模糊控制的要害在于论域、隶属度以及模糊级别的划分，这种控制方法尤其适用干多输入单输出的控制系统。?

(3)专家系统

专家系统是使用所谓“专家”的履历开展控制的一种控制方法，因此，专家系统中一样平常要建设一个专家库，存放一定的专家信息，另外还要有推理机制，以便于凭证已知信息追求理想的控制效果。专家库与推理机制的设计是尤为主要的, 关系着专家系统控制的优劣。应用专家系统既可以控制变频器的电压，又可以控制其电流。?

(4)学习控制

学习控制主要是用于重复性的输入，而规则的PWM信号(例如中心调制PWM)恰恰知足这个条件，因此学习控制也可用于变频器的控制中。学习控制不需要相识太多的系统信息，可是需要1-2个学习周期，因此快速性相对较差，并且，学习控制的算法中有时需要实现超前环节，这用模拟器件是无法实现的，同时，学习控制还涉及到一个稳固性的问题，在应用时要特殊注重。?

变频器控制的展望

随着电力电子手艺、微电子手艺、盘算机网络等高新手艺的生长，变频器的控制方法以后将向以下几个方面生长。?

(1) 数字控制变频器的实现

现在，变频器的控制方法用数字処理器可以实现较量重大的运算，变频器数字化将是一个主要的生长偏向，现在开展变频器数字化主要接纳单片机MCS51或80C196MC等，辅助以SLE4520或EPLD液晶显示器等来实现越发完善的控制性能。?

(2) 多种控制方法的团结?

简单的控制方法有着各自的优弱点，并没有“万能”的控制方法，在有些控制场合，需要将一些控制方法团结起来，例如将学习控制与神经网络控制相团结，自顺应控制与模糊控制相团结，直接转矩控制与神经网络控制相团结，或者称之为“混淆控制”，这样取长补短，控制效果将会更好。

(3) 远程控制的实现

盘算机网络的生长，使“天涯若咫尺”，依赖盘算机网络对变频器开展远程控制也是一个生长偏向。通过RS485接口及一些网络协议对变频器开展远程控制，这样在有些不适合于人类开展现场操作的场合，也可以很容易的实现控制目的。?

(4) 绿色变频器?

随着可一连生长战略的提出，关于情形的�；ぴ嚼丛绞艿饺嗣堑闹厥�。变频器爆发的高次谐波对电网会带来污染，降低变频器事情时的噪声以及增强其事情的可靠性、清静性等等这些问题，都试图通过接纳合适的控制方法来解决，设计出绿色变频器。

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