变频器自动化控制分类及展望浅析

李 坤

株洲中车时代电气股份有限公司 湖南 株洲 412000

科技的进步在很大程度上提升了工业生产的自动化水平,使其中的电气自动化得到了快速的发展,在电气自动化方面,变频器的应用十分广泛,它是变频调速系统的重要组成部分,对于电力传动技术而言,它是一个发展的主要方向,也因此,人们对于变频器在自动化控制当中使用的可靠性和安全性非常的重视,本文围绕工业电气自动化控制当中的变频器应用进行讨论,了解变频器的运行原理,对变频器在实际的工业电气自动化控制中的具体应用以及未来的发展形式加以探讨,希望可以有效提升工业领域对变频器的应用水平。

1 浅析变频器的运行原理

变频器能够对50Hz或60Hz的工频电源进行转换,将其转化为交流电源,并富有多种频率,以此来满足电机运行过程中的变速调节需求,其中的主电路的有效控制是由控制电路来完成的,而对于异步电机来说,主电路是转换调频调压电源的关键内容,具体可以将变频器中的主电路分成两种类型,分别是电压型和电流型,其中电压型主要是将直流的电压源向交流的形式转换,电容则是直流回路当中的滤波；而电流型主要是将直流的的电流源向交流形式转变的变频器,直流回路当中的滤波则是由电感来充当；变频器的构成主要可以分成三个部分：第一,整流器,主要负责将工频电源向直流功率进行转换,这种变流器在二极管当中的应用非常广泛,它将工频电源向直流电源转变,同时还可以对晶体管变流器进行组合,形成可逆变型的变流器,正是因为其具有可逆性的功能,所以可以实现再生性的运转；第二,平波回路,能够对逆变器以及电流器运行过程中出现的电压脉动加以吸收,同时,逆变器运行过程中形成的脉动电流也会使直流电压发生改变,为了对电压波动进行有效的抑制,对电容和电感加以使用,用于脉动电流或电压的吸收,如果装置的容量比较小,而主电路和电源器件当中有余量,可以将电感省去,直接对平波回路加以使用；第三,逆变器,能够将直流功率向交流功率转变,与整流器的功能相反,逆变器的主要功能就是对直流功率进行转变,将其变为电气运行所需的交流功率,可以通过对开关装置的开启和关闭实现交流的输出。除此之外,如果应用的变频器需要进行大量的运算,例如矢量控制变频器,还需要相应的电极以及转矩计算CPU 对其运行加以辅助。

2 变频器控制方式的分类

2.1 直接转矩控制 直接转矩控制(DirectTorque)它是在矢量控制系统之后迅速发展起来的另一种高动态性能的控制方式,在轨道交通牵引系统、工业自动化控制系统、风力发电、船舶、光伏等各个领域广泛应用,它主要是在定子坐标系下,分析牵引电机的数学模型,通过计算控制牵引电机的转矩以及磁链,并且把转矩的检测值和给定值作为比较,调节使波动控制在误差范围内,误差的大小由控制器来调节并产生PWM 信号,直接对逆变器的开关状态进行控制,来获得高动态性能的转矩输出。

2.2 最优控制 最优控制是基于最优控制理论,针对某一个控制要素计算,得到参数的最优解。在工业应用中,控制系统随着要素的不用而有所变化,在高压大功率光伏变频系统中,一般采用相位平移控制和时间分段控制两种策略或其中某一种策略,实现一定条件下的电压最优波形。

2.3 神经网络控制 在比较复杂的变频调速控制系统中神经网络控制方式占的比较多,但是了解系统模型比较少,所以 在神经网络中想要完成系统辨识的能力还要进行控制,神经网络的层数有些多并且算法比较复杂在自动化具体应用中带来很多困难,神经网络控制方式可以同时控制很多变频器,所以神经网络应用比较适用于多个变频器级联控制系统。

2.4 模糊控制 模糊控制算法在变频调速控制系统中是通过控制变频器的电压和频率,控制牵引电机的升速时间,一方面避免电机转速过快,是电机失速或对电机产生不可逆的寿命影响；一方面避免牵引电机转速过慢而影响牵引效率。这种控制方式大多适用与多多输入单输出的控制系统中。

3 工业电气自动化控制中变频器的具体应用

变频器从本质上来说就是对变频调速技术的一种应用,而变频调速技术早在20世纪就已经得到了很好的发展,这与一些技术的突破具有非常密切的关系,包括直接转矩控制、电机矢量控制、全数字化控制以及自整定技术等。

对于自适应类型的电动机模型来说,它的主要作用即是通过对电动机输入的电流及电压进行检测,从而对电动机的各项基础参数加以识别,并且在很多工业生产当中,变频调速技术的应用能够有效提升电机系统运行控制的精确性,还能够根据工业电机运行的具体情况对开环和闭环的转速进行选择,并完成转矩的比较,而这种比较器主要是将参数考值和反馈值进行对比,结合滞环调节器对磁场或转矩的输出状态,在相关的选择器当中对芯片加以选用对信息进行处理,然后参考OFDM 调制方式当中的信号编码设计对模块电路进行编写,并通过仿真实验的方式对各模块的功能加以验证,与此同时,由于电解电容器在容量方面的离散性较大,会使他们承受差异性的电压,所以,将电阻值相同的均压电阻并联在电容旁可以将离散性所产生的影响直接消除,为了防止接通电源的瞬间在电容器当中产生过大的浪涌电流,将整流电路烧坏或产生一系列的不利影响,还需要将浪涌电流的抑制装置设置在电路当中。

4 工业电气自动化控制中变频器的发展形式

在工业领域应用变频器对电气进行自动化控制,使工业企业的生产活动获得了良好的节能效果,在确保产品质量的基础上,实现了生产成本的有效降低,除此之外,在使用变频器的过程中,还应该与工业企业的生产实际相结合,对其作用和功能进行不断的创新和完善,使变频器能够在电气自动化方面的价值得到进一步的发挥,以此来对工业领域的生产条件进行改善,有效提升工业生产的便利性,推动工业的现代化发展。

结束语

变频器的控制方式是一个值得研究的问题,依靠致力于这项工作的有识之士的共同努力,使国产变频器早日走向世界市场并且成为一流的产品。变频器的控制方式代表着变频器的性能和水平,在工程应用中根据不同的负载及不同控制要求,合理选择变频器及控制方式,以达到资源的最佳配置,具有重要的意义。