微特電機的選用
第四講感應電動機變頻調速方法的比較及選用
宋 凱 劉寶廷 宋凌鋒 宋立偉 (哈爾濱工業大學150001)
l變頻方法的比較
感應電動機變頻調速從主回路結構形式上分，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；從控制技術上可分為開環控制、pid閉環控制、轉差控制、矢量控制、直接轉矩控制和智能控制；從控制電路實現上還可分為模擬電路和數字電路變頻。
1．1交-交變頻與交-直-交變頻
交一交變頻主回路元件數量較多，一般，輸出****為電網頻率的1／3～1／2，所以交一交變頻特別適用低速大容量的系統中，小容量使用交-交變頻不合算。交-直-交變頻調速范圍寬，還可提高功率因數和進一步降低成本，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，動態響應較慢，制動時需在電源側設置反并聯逆變器才能實現能量回饋，可適應多電機拖動。電流型變頻器儲能元件為電抗器，動態響應快，可直接實現回饋制動，感應電動機電流型變頻調速系統可以頻繁、快速地實現四象限運行，更適宜1臺逆變器對1臺電機供電的單機運行方式。
1．3 pwm控制技術及分類
對變頻器輸出的波形進行傅立葉分析，方波的諧波含量比較大，逆變器無論是180o導通型，還是120o導通型，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控制技術可以有效除去低次諧波分量，能防止低速時的轉矩脈動，但這使輸出波形中所含的高次諧波分量比方波輸出時大，諧波損耗仍然很大；此外，在高精度場合，諧波轉矩也不容忽視。
早期一般采用pam方式，即脈沖幅值調制，調頻調壓分開；現在采用pwm方式，調頻同時調壓。目前已經提出并得到應用的pwm控制方案不少于10種，等脈寬pwm法因為諧波分量較大而趨于淘汰，現在方興未艾的是正弦波脈寬調制spwm，它包括電壓spwm、磁通spwm(空間電壓矢量svpwm)和電流spwm。電壓spwm****缺點是電壓利用率低(輸出電壓有效值只為進線電壓的0．864倍)；通常采用過調制方法克服，這使在高壓時消除諧波目的沒有達到，磁通spwm即svpwm具有轉矩脈沖小、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化(最少)的優點，因此得到廣泛應用。電流正弦pwm技術可以滿足電機控制良好的動態響應，在極低轉速下亦能平穩運轉。除此之外，還有優化pwm技術和隨機pwm技術，主要著眼點都是在不提高開關頻率的前提下消除諧波，抑制轉矩脈動和噪聲。這兩種方法可進一步消除波形死區畸變。
1．4控制原理上的若干控制技術
在動態性能要求不高的場合，選擇開環控制，成本低、維護方便。速度或電流閉環可提高動態性能，轉差控制還可進一步提高動態性能。真正使感應電動機調速性能可與直流機調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，而矢量控制是瞬時值的控制，所以響應速度快，只是實現起來非常復雜，成本偏高。與矢量控制相比，直接轉矩控制是用對感應電機定子磁通的控制來代替對轉子磁通的控制，可實現轉矩的直接控制，它在很大程度上克服了矢量控制中計算控制復雜、特性易受電機參數變化影響、實際性能難以達到理論分析結果的缺點。理論上采用這種控制技術的感應電動機調速系統靜動態性能更好，但是低速穩定性差、帶負載能力不及矢量控制調速系統。
近幾年，有把應用于過程控制領域的專家控制、模糊控制和神經網絡控制等智能控制應用于電機調速系統，且出現了滑模控制調速系統，這種變結構控制技術是一種模型參考自適應控制，優點是，傳動系統的響應對參數變化和負載擾動不敏感。在它所適用的場合，需要有嚴密的速度或位置跟蹤。
1．5模擬電路與數字電路控制
目前模擬電路控制已趨于淘汰，數字電路中的cpu從8位到16位，到今天的32位，集成度愈來愈高，并且出現了功能極強的專用芯片，如矢量控制芯片ad2s100和各類pwm專用芯片，現在常用的spwm芯片有ef4752、sle4520、ma818和8xcl96mc。4752輸出的頻率范圍窄1～200hz，開關頻率不超過2kf{z，只有一個封鎖端，可用于晶閘管驅動；4520輸出頻率0～2 600hz，開關頻率高達23．4khz，具有動靜態輸出禁止功能，但需要不斷地給其送產生spwm波所需要的預置數，容易造成軟件上的延時，并且波形為單緣調制，高頻時，載波比較小，電流畸變嚴重，ma818克服了以上缺點，輸出調制頻率可達4khz，開關頻率可達到24khz，適用于中高速變頻。8xcl96mc是16位處理器內置spwm |
