【正文】 速度設(shè)定信號變?yōu)榫徛兓脑O(shè)定信號，以減小起動和制動時的電流沖擊。 可以采用補償端電壓的方法．即在低速時適當(dāng)提升電壓，以補償定子電阻壓降和開關(guān)互鎖時間的影響?；ユi時間的長短與電力電子器件的種類有關(guān)．對于大功率晶體管(GTR)，互鎖時間約為10～30μs。圖23 異步電動機變壓變頻調(diào)速的轉(zhuǎn)矩特性曲線 V/f恒定控制存在的主要問題是低速性能較差。這是由于低速時的定子電阻壓降所占比重增大，電動機端電壓和電動勢近似相等的條件已不滿足。在變頻控制時，保持E / f恒定，可以維持磁通恒定。由于電動機設(shè)計時電動機的磁通常處于接近飽和值，磁通的進一步增大將導(dǎo)致電動機出現(xiàn)飽和。 電動機定子的感應(yīng)電動勢E1＝ f 1 N1 (21)式中 Kwl——電動機繞組系數(shù)； f1 ——電源頻率； N1 ——電動機繞組匝數(shù)； Фm——每極磁通。 異步電動機的同步轉(zhuǎn)速由電源頻率和電動機極數(shù)決定，在改變頻率時，電動機的同步轉(zhuǎn)速隨著改變。 V/f恒定控制V/f控制是在改變電動機電源頻率的同時改變電動機電源的電壓,使電動機磁通保持一定，在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)，電動機的效率、功率因數(shù)不下降。變頻器對電動機進行控制，是根據(jù)電動機的特性參數(shù)及電動機運轉(zhuǎn)要求，對提供給電動機的電壓、電流、頻率進行控制以達到負(fù)載的要求，因此，即便變頻器的主電路一樣，逆變器件相同，單片機的位數(shù)也一樣，只是控制方式不一樣，其控制效果就不一樣。這類變頻器的輸出頻率可以達到3kHz，所以在驅(qū)動兩極異步電動機時電動機的最高轉(zhuǎn)速可以達到18000r/min。而在纖維機械驅(qū)動方向，為了便于大系統(tǒng)的維修保養(yǎng)，變頻器則采用了可以簡單地進行拆裝的盒式結(jié)構(gòu)。此外，由于異步電動機還具有對環(huán)境適應(yīng)性強、維護簡單許多直流伺服電動機所不具備的優(yōu)點，在許多需要進行高速高精度控制的應(yīng)用中這種高性能交流調(diào)速系統(tǒng)正在逐步替代直流伺服系統(tǒng)。這種高件能多功能通用變頻器在性能上已經(jīng)接近過去的高性能矢量控制變頻器，在價格方面卻與過去采用V/f控制方式的通用變頻器基本持平。在使用時，用戶可以根據(jù)負(fù)載特性選擇算法并對變頻器的各種參數(shù)進行設(shè)定，也可以根據(jù)系統(tǒng)的需要選擇廠家所提供的各種選件來滿足系統(tǒng)的持殊需要。這兩類變頻器分別具有以下特點。1）通用變頻器。（4）按照用途分類。所以已經(jīng)在許多需要進行精密控制的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。矢量控制的基本思想是將異步電動機的定子電流分為產(chǎn)生磁場的電流分量（勵磁電流）和與其相垂直的產(chǎn)生轉(zhuǎn)距的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流）計分別加以控制。轉(zhuǎn)差頻率控制是利用了速度傳感器的速度閉環(huán)控制，并可以在一定程度上對輸出轉(zhuǎn)矩進行控制，所以和V/f控制方式相比．在負(fù)載發(fā)熱較大變化時仍能達到較高的速度精度和具有較好的轉(zhuǎn)矩特性。采用V/f控制方式的變頻器控制電路成本較低，多用于對精度要求不太高的通用變頻器。下面我們將分別介紹一下這三種控制方式的特點。但是，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，具有較高開關(guān)速度的換流，元器件的容量將越來越大，所以預(yù)計采用這種控制方式的變頻器也將越來越多。3）高載頻PWM控制。所謂正弦波控制方式指的是通過改變PWM輸出的脈沖寬度，使輸出電壓的平均值接近于正弦波。 2）PWM控制。因為在PAM控制的變頻器中逆變電路換流器件的開關(guān)頻率即為變頻器的輸出頻率，所以這是一種同步調(diào)速力式。當(dāng)談到變頻器的開關(guān)方式時通常講的都是變頻器逆變電路的開關(guān)方式。在電流型變頻器中，電動機定子電壓的控制是通過檢測電壓后對電流進行控制的方式實現(xiàn)的，對于電流型變頻器來說，在電動機進行制動的過程中可以通過將直流中間電路的電壓反內(nèi)的方式使整流電路變?yōu)槟孀冸娐?，并將?fù)載的能量回饋給電源。在電壓型變頻器中，由于能量回饋給直流中間電路的電容，并使直流電壓上升，還需要有專用的放電電路，以防止換流器件因電壓過高而被破壞。電壓型變頻器的待點是將直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源，而電流型變頻器的特點則是將直流電流源轉(zhuǎn)換為交流電源。變頻器的分類可以有多種方式，例如可以按其主電路工作方式進行分類，可以按其開關(guān)方式進行分類，可以按其控制方式進行分類，還可以按其用途進行分類。由于機械式開關(guān)的開關(guān)頻率和使用壽命都很行限，在實際的逆變電路中采用半導(dǎo)體器件作為開關(guān)器件。因為這些開關(guān)同時又起著改變電流流向的作用，所以它們又被稱為換流開關(guān)或換流器件。交替打開和關(guān)斷這六個開關(guān)，就可以在輸出端得到相位上各相差120。此外，控制電路還通過A/D，D/A等外部接門電路接收／發(fā)送多種形式的外部信號和給出系統(tǒng)內(nèi)部下作狀態(tài)，以便使變頻器能夠和外部設(shè)備配合進行各種高性能的控制。 逆變電路是變頻器最主要的部分之一。整流電路按其控制方式可以是直流電壓源也可以是直流電流源。 變頻器內(nèi)部電路的基本功能雖然變頻器的種類很多，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也各有不同，但大多數(shù)變頻器都具有圖21給出的基本結(jié)構(gòu)，它們的區(qū)別僅僅是控制電路和檢測電路實現(xiàn)的不同以及控制算法的不同而己。變頻器將不僅僅是一個簡單的交流調(diào)速裝置，而將成為實現(xiàn)自動化過程的一個重要的處理單元：變頻器技術(shù)將不斷得到提高，而變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域亦將不斷得到拓展。 永磁同步電動機具有電機是無刷結(jié)構(gòu)，尺寸小，功率因數(shù)高、效率高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速嚴(yán)格與電源頻率同步，容易實現(xiàn)無速度傳感器矢量控制等優(yōu)點，非常適合于交流調(diào)速系統(tǒng)。在許多情況下，使用變頻器進行調(diào)速的目的是為了節(jié)能。盡管當(dāng)前變頻器單獨使用的場合仍占多數(shù)，但作為工業(yè)生產(chǎn)過程中一個重要的執(zhí)行單元，變頻器具有網(wǎng)絡(luò)化運行的能力將成為工業(yè)自動化的趨勢。（電抗器）或Dc Choke（扼流圈）已經(jīng)非常普遍，這對減小變頻器產(chǎn)生的高次諧波對環(huán)境的影響起到了重要作用。此外，隨著交流調(diào)速理論和相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，新的控制方法和驅(qū)動方式也將不斷出現(xiàn)，從而使變頻器的壽命和可靠性得到進一步提高。隨著變頻器市場的不斷擴大．如何進一步提高變頻器的易操作性，使變頻器產(chǎn)品能夠滿足不同府用場合的需要，并使得普通的技術(shù)人員甚至非技術(shù)人員也能夠很快掌握變頻器的使用仍然是變頻器生產(chǎn)廠商所必須考慮的問題。從而為進一步提高變頻器的性能提供了條件。除了不斷推出大容量的新型變頻器產(chǎn)品外，許多廠家都在小功率段推出了所謂的“迷你”型產(chǎn)品，以滿足不同用戶的實際需要。從市場需求和技術(shù)發(fā)展趨勢來看，今后一段時間內(nèi)，變頻器技術(shù)將會在下面幾個方而得到進一步的發(fā)展。表12給出了變頻器在工業(yè)牛產(chǎn)個的主要應(yīng)用。 隨著控制理論、交流調(diào)速理論和電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器技術(shù)也得到了充分地重視和發(fā)展，目前，由高性能變頻器和專用的異步電動機組成的控制系統(tǒng)在性能上已經(jīng)達到和超過了直流電動機伺服系統(tǒng)。 因為變頻器是通過交流—直流—交流的電源變換后對異步電動機進行驅(qū)動的，所以電源的功率因數(shù)不受電動機功率因數(shù)的影響，幾乎為定值。例如，對有防爆和防腐蝕要求的環(huán)境．只需將電動機換為專用電動機，而使用普通的變頻器并將其安裝在有防爆和防腐蝕要求的環(huán)境之外的普通環(huán)境中即可。而且隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展，高頻變頻器的輸出頻率也在不斷提高，因此進行更高速皮的驅(qū)動也將成為可能。由于異步電動機的轉(zhuǎn)速為： n=120f（1s）/p式中 n —電動機轉(zhuǎn)速，r/min； f —電源頻率，Hz； P —電動機磁極個數(shù)； s —轉(zhuǎn)差率。但是也應(yīng)該注意到，由于在靜止?fàn)顟B(tài)下電氣制動并不能使電動機產(chǎn)生保持轉(zhuǎn)矩，所以在某些場合還必須采取相應(yīng)的措施，例如和機械制動器同時使用等。 由于在變頻器驅(qū)動系統(tǒng)電電動機的調(diào)速控制是通過改變變頻器的輸出頻率進行的，當(dāng)把變頻器的輸出頻率降至電動機的實際轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的頻率以下時，負(fù)載的機械能將被轉(zhuǎn)換為電能，并被回饋到變頻器。 對于利用普通的電網(wǎng)電源運行的交流拖功系統(tǒng)來說，由于電動機的起動電流較大并存在著與起動時間成正比的功率損耗，所以不能使電動機進行高頻度的起停運轉(zhuǎn)。利用變頻器進行調(diào)速控制時，只需改變變頻器內(nèi)部逆變電路換流器件的開關(guān)順序即可以達到對輸出進行換相的口的，很容易實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)切換而不需要專門設(shè)置正反轉(zhuǎn)切換裝置。一般來說，通用型變頻器的調(diào)速范圍可以達到1：10以上，而高性能的矢量控制變頻器的調(diào)速范圍可以達到1：1000。 因為以節(jié)能為目的的調(diào)速運轉(zhuǎn)對電動機的調(diào)速范圍和精度要求不高，所以通常采用在價格方面比較經(jīng)濟的通用型變頻器。 變領(lǐng)器調(diào)速控制系統(tǒng)的優(yōu)勢 與傳統(tǒng)的交流拖動系統(tǒng)相比，利用變頻器對交流電動機進行調(diào)速控制的交流拖動系統(tǒng)有許多優(yōu)點，如節(jié)能，容易實現(xiàn)對現(xiàn)有電動機的調(diào)速控制，可以實現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制，容易實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)切換，可以進行高頻度的起停運轉(zhuǎn)，可以進行電氣制動，可以對電動機進行高速驅(qū)動，可以適應(yīng)各種工作環(huán)境，可以用一臺變頻器對多臺電動機進行調(diào)速控制。 雖然發(fā)展變頻驅(qū)動技術(shù)最初的日的主要是為了節(jié)能，但是隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展，電力半導(dǎo)體器件相微處理器的性能不斷提高，變頻驅(qū)動技術(shù)也得到了顯著發(fā)展。也正是因為這個原因，在工業(yè)生產(chǎn)中大量使用的諸如風(fēng)機、水泵等需要進行調(diào)速控制的電力拖功系統(tǒng)中不得不采用擋板和閥門來調(diào)節(jié)風(fēng)速和流量。 但是，由于結(jié)構(gòu)上的原因，直流電動機存在以下缺點： （1）需要定期更換電刷和換向器，維護保養(yǎng)困難，壽命較短； （2）由于直流電動機存在換向火花，難以應(yīng)用于存在易燃易爆氣體的惡劣環(huán)境； （3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以制造大容量、高轉(zhuǎn)速和高電壓的直流電動機。但是，由于技術(shù)上的原因，在很長一段時期內(nèi)，占整個電力拖動系統(tǒng)80％左右的不變速拖動系統(tǒng)中采用的是交流電動機（包括異步電動機和同步電動機），而在需要進行調(diào)速控制的拖動系統(tǒng)中則基本上采用的是直流電動機。但是，直至20世紀(jì)70年代，交流調(diào)速系統(tǒng)的研究開發(fā)方面一直未能得到真正能夠令人滿意的成果，也因此限制了交流調(diào)速系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。隨著同時期內(nèi)電力電子技術(shù)的發(fā)展，作為交流調(diào)速系統(tǒng)核心的變頻器技術(shù)也得到顯著的發(fā)展，并逐漸進入實用階段。 變頻器技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，它建立在控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)之上，并隨著這些基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展而不斷得到發(fā)展。在許多情況下，使用變頻器的目的是節(jié)能，尤其是對于在工業(yè)中大量使用的風(fēng)扇、鼓風(fēng)機和泵類負(fù)載來說，通過變頻器進行調(diào)速控制可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)亡利用擋板和閥門進行的風(fēng)量、流量和揚程的控制，所以節(jié)能效果非常明顯。因此，在進行調(diào)速控制時，可以通過控制受頻器的輸出頻率使電動機工作在轉(zhuǎn)差較小的范圍，電動機的調(diào)速范圍較寬，并可以達到提高運行效率的目的。 利用普通的電網(wǎng)電源運行的交流拖動系統(tǒng)，為了實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)切換，必須利用開閉器等裝置對電源進行換相切換。因此，在利用變頻器進行調(diào)速控制時更容易和其他設(shè)備一起構(gòu)成自動控制系統(tǒng)。這是因為，在利用異步電動機進行佰速驅(qū)動的傳送帶以及移動工作臺中，電動機通常一直處于工作狀態(tài)，而采用變頻器進行調(diào)速控制后，出于可以便電動機進行高頻度的起停運轉(zhuǎn)，可以使傳送帶或移動工作臺只是在有貨物或工件時運行，而在沒有貨物或工件時停止運行，從而達到節(jié)能的目的。 同機械制動相比，電氣制動有許多優(yōu)點，例如體積小，維護簡單，可靠件好等。但是，對于異步電動機來說，由于不存在上述制約因素，理論上講異步電動機的轉(zhuǎn)速可以達到相當(dāng)高的速度。與此相比，目前高頻變頻器的輸出頻率已經(jīng)可以達到3000kHz．所以當(dāng)利用這種高速變頻器對二極異步電動機進行驅(qū)動時，可以得到高達18000 r/min的高速。因此，通過和各種不同的異步電動機的適當(dāng)組合，可以得到適用于各種工作環(huán)境的交流調(diào)速系統(tǒng)，而對變頻器本身并沒有特殊要求。當(dāng)用一臺變頻器同時驅(qū)動多臺電動機時，昔驅(qū)動對象為同步電動機，所有的電動機將會以同一速度（同步轉(zhuǎn)速）運轉(zhuǎn)，而當(dāng)驅(qū)動對象為容量和負(fù)載都不相同的異步電動機時，則由于轉(zhuǎn)差的原因，各電動機之間會存在一定的速度差。這也說明變頻器也可以同時起到減壓起動器的作用。由于變頻器具有上述優(yōu)點，因而在各種領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用?？傮w上講，目前變頻器已經(jīng)從簡單的整流逆變裝置進化為策驅(qū)動控制、I/O邏輯現(xiàn)場編程、通訊組網(wǎng)連接等為一體，可以適應(yīng)不同應(yīng)用場合的過程控制單元，并在工業(yè)自動化生產(chǎn)線和許多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。近年來，隨著IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，隔離門極雙極晶體管）、SICIGBT（Silicon CarbideInsulated Gate Bipolar Transistor，碳化硅隔離門極雙極晶體管）器件的發(fā)展和以IGBT為開關(guān)器件的IPM（Intelligent Power Module，智能功率模塊）、ASIPM（APPIicalion Specified Intelligent Power Module，特定用途智能功率模塊）、單片IPM等新型功率器件的發(fā)展以及熱設(shè)計技術(shù)的進步，使得變頻器的容量越來越大，體積越來越小，而在溫升等關(guān)鍵指標(biāo)上并末下降。而隨著高性能DSP和AISC在變頻器中的廣泛應(yīng)用和交流調(diào)速理論的不斷成熟，各種先進的控制算法的實現(xiàn)成為可能。 （3）易操作性的提高。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器中所使用的各種元器件的壽命和可靠性都在不斷提高，而隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，新型變頻器產(chǎn)品中自我診斷和遠程診斷功能的進一步充實以及免維護功能的實現(xiàn)，變頻器產(chǎn)品的壽命和可靠性格得到進一步的提高。例如，目前變頻器中內(nèi)置AC Ractore。 （6）網(wǎng)絡(luò)化與智能化。 （7）同步電動機變頻器。因此，從節(jié)能的觀點來看，采用異步電動機實現(xiàn)交流調(diào)速并不是最佳的解決方案?？偠灾磥淼淖冾l器產(chǎn)品將朝著高性能、多功能、長壽命、高可靠、易使用、綠色化、智能化的方向發(fā)展。而對于采用了矢量控制方式的變頻器來說，由于進行矢量控制時需要進行大量的運算，其運算電路中有時還有一個以DSP（數(shù)字信號處理器）為主的轉(zhuǎn)矩計算用CPU以及相應(yīng)的磁通檢測和調(diào)節(jié)電路。它的主要作用是對工頻的外部電源進行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。此外，由于電動機制動的需要，在直流中間電路中有時還包括制動電阻以及