變頻調速技術是現代電力傳(chuan) 動技術的重要發展方向，而作為(wei) 變頻調速係統的核心—變頻器的性能也越來越成為(wei) 調速性能優(you) 劣的決(jue) 定因素，除了變頻器本身製造工藝的“先天”條件外，對變頻器采用什麽(me) 樣的控製方式也是非常重要的。本文從(cong) 工業(ye) 實際出發，綜述了近年來各種變頻器控製方式的特點，並展望了今後的發展方向。
變頻器簡介
1、變頻器的基本結構
變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現電機的變速運行的設備，其中控製電路完成對主電路的控製，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對於(yu) 如矢量控製變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個(ge) 進行轉矩計算的CPU以及一些相應的電路。
2、變頻器的分類
變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為(wei) 電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guan) 方式分類，可以分為(wei) PAM控製變頻器、PWM控製變頻器和高載頻PWM控製變頻器；按照工作原理分類，可以分為(wei) V/f控製變頻器、轉差頻率控製變頻器和矢量控製變頻器等；按照用途分類，可以分為(wei) 通用變頻器、高性能專(zhuan) 用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。
變頻器中常用的控製方式
1、非智能控製方式
在交流變頻器中使用的非智能控製方式有V/f協調控製、轉差頻率控製、矢量控製、直接轉矩控製等。
(1) V/f控製
V/f控製是為(wei) 了得到理想的轉矩-速度特性，基於(yu) 在改變電源頻率進行調速的同時，又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控製方式。V/f控製變頻器結構非常簡單，但是這種變頻器采用開環控製方式，不能達到較高的控製性能，而且，在低頻時，必須進行轉矩補償(chang) ，以改變低頻轉矩特性。
(2) 轉差頻率控製
轉差頻率控製是一種直接控製轉矩的控製方式，它是在V/f控製的基礎上，按照知道異步電動機的實際轉速對應的電源頻率，並根據希望得到的轉矩來調節變頻器的輸出頻率，就可以使電動機具有對應的輸出轉矩。這種控製方式，在控製係統中需要安裝速度傳(chuan) 感器，有時還加有電流反饋，對頻率和電流進行控製，因此，這是一種閉環控製方式，可以使變頻器具有良好的穩定性，並對急速的加減速和負載變動有良好的響應特性。
(3) 矢量控製
矢量控製是通過矢量坐標電路控製電動機定子電流的大小和相位，以達到對電動機在d、q、0坐標軸係中的勵磁電流和轉矩電流分別進行控製，進而達到控製電動機轉矩的目的。通過控製各矢量的作用順序和時間以及零矢量的作用時間，又可以形成各種PWM波，達到各種不同的控製目的。例如形成開關(guan) 次數更少的PWM波以減少開關(guan) 損耗。目前在變頻器中實際應用的矢量控製方式主要有基於(yu) 轉差頻率控製的矢量控製方式和無速度傳(chuan) 感器的矢量控製方式兩(liang) 種。
基於(yu) 轉差頻率的矢量控製方式與(yu) 轉差頻率控製方式兩(liang) 者的定常特性一致，但是基於(yu) 轉差頻率的矢量控製還要經過坐標變換對電動機定子電流的相位進行控製，使之滿足一定的條件，以消除轉矩電流過渡過程中的波動。因此，基於(yu) 轉差頻率的矢量控製方式比轉差頻率控製方式在輸出特性方麵能得到很大的改善。但是，這種控製方式屬於(yu) 閉環控製方式，需要在電動機上安裝速度傳(chuan) 感器，因此，應用範圍受到限製。
無速度傳(chuan) 感器矢量控製是通過坐標變換處理分別對勵磁電流和轉矩電流進行控製，然後通過控製電動機定子繞組上的電壓、電流辨識轉速以達到控製勵磁電流和轉矩電流的目的。這種控製方式調速範圍寬，啟動轉矩大，工作可靠，操作方便，但計算比較複雜，一般需要專(zhuan) 門的處理器來進行計算，因此，實時性不是太理想，控製精度受到計算精度的影響。
（4）直接轉矩控製
直接轉矩控製是利用空間矢量坐標的概念，在定子坐標係下分析交流電動機的數學模型，控製電動機的磁鏈和轉矩，通過檢測定子電阻來到達觀測定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控製等複雜的變換計算，係統直觀、簡潔，計算速度和精度都比矢量控製方式有所提高。即使在開環的狀態下，也能輸出100%的額定轉矩，對於(yu) 多拖動具有負荷平衡功能。
(5)最優(you) 控製
最優(you) 控製在實際中的應用根據要求的不同而有所不同，可以根據最優(you) 控製的理論對某一個(ge) 控製要求開展個(ge) 別參數的最優(you) 化。例如在高壓變頻器的控製應用中，就成功的采用了時間分段控製和相位平移控製兩(liang) 種策略，以實現一定條件下的電壓最優(you) 波形。
(6)其他非智能控製方式
在實際應用中，還有一些非智能控製方式在變頻器的控製中得以實現，例如自適應控製、滑模變構造控製、差頻控製、環流控製、頻率控製等。
2、智能控製方式
智能控製方式主要有神經網絡控製、模糊控製、專(zhuan) 家係統、學習(xi) 控製等。在變頻器的控製中采用智能控製方式在具體(ti) 砬用中有一些成功的範例。
(1)神經網絡控製
神經網絡控製方式應用在變頻器的控製中，一般是開展比較複雜的係統控製，這時對於(yu) 係統的模型了解甚少，因此神經網絡既要完成係統辨識的功能，又要開展控製。而且神經網絡控製方式可以同時控製多個(ge) 變頻器，因此在多個(ge) 變頻器級聯時開展控製比較適合。但是神經網絡的層數太多或者算法過於(yu) 複雜都會(hui) 在具體(ti) 應用中帶來不少實際困難。
(2)模糊控製
模糊控製算法用於(yu) 控製變頻器的電壓和頻率，使電動機的升速時間得到控製，以防止升速過快對電機使用壽命的影響以及升速過慢影響工作效率。模糊控製的關(guan) 鍵在於(yu) 論域、隸屬度以及模糊級別的劃分，這種控製方式尤其適用幹多輸入單輸出的控製係統。
(3)專(zhuan) 家係統
專(zhuan) 家係統是利用所謂“專(zhuan) 家”的經驗開展控製的一種控製方式，因此，專(zhuan) 家係統中一般要建立一個(ge) 專(zhuan) 家庫，存放一定的專(zhuan) 家信息，另外還要有推理機製，以便於(yu) 根據已知信息尋求理想的控製結果。專(zhuan) 家庫與(yu) 推理機製的設計是尤為(wei) 重要的, 關(guan) 係著專(zhuan) 家係統控製的優(you) 劣。應用專(zhuan) 家係統既可以控製變頻器的電壓，又可以控製其電流。
(4)學習(xi) 控製
學習(xi) 控製主要是用於(yu) 重複性的輸入，而規則的PWM信號(例如中心調製PWM)恰好滿足這個(ge) 條件，因此學習(xi) 控製也可用於(yu) 變頻器的控製中。學習(xi) 控製不需要了解太多的係統信息，但是需要1-2個(ge) 學習(xi) 周期，因此快速性相對較差，而且，學習(xi) 控製的算法中有時需要實現超前環節，這用模擬器件是無法實現的，同時，學習(xi) 控製還涉及到一個(ge) 穩定性的問題，在應用時要特別注意。
變頻器控製的展望
隨著電力電子技術、微電子技術、計算機網絡等高新技術的發展，變頻器的控製方式今後將向以下幾個(ge) 方麵發展。
(1) 數字控製變頻器的實現
現在，變頻器的控製方式用數字処理器可以實現比較複雜的運算，變頻器數字化將是一個(ge) 重要的發展方向，目前開展變頻器數字化主要采用單片機MCS51或80C196MC等， 輔助以SLE4520或EPLD液晶顯示器等來實現更加完善的控製性能。
(2) 多種控製方式的結合
單一的控製方式有著各自的優(you) 缺點，並沒有“萬(wan) 能”的控製方式，在有些控製場合，需要將一些控製方式結合起來，例如將學習(xi) 控製與(yu) 神經網絡控製相結合，自適應控製與(yu) 模糊控製相結合，直接轉矩控製與(yu) 神經網絡控製相結合，或者稱之為(wei) “混合控製”，這樣取長補短，控製效果將會(hui) 更好。
(3) 遠程控製的實現
計算機網絡的發展，使“天涯若咫尺”，依靠計算機網絡對變頻器開展遠程控製也是一個(ge) 發展方向。通過RS485接口及一些網絡協議對變頻器開展遠程控製，這樣在有些不適合於(yu) 人類開展現場操作的場合，也可以很容易的實現控製目標。
(4) 綠色變頻器
隨著可持續發展戰略的提出，對於(yu) 環境的保護越來越受到人們(men) 的重視。變頻器產(chan) 生的高次諧波對電網會(hui) 帶來汙染，降低變頻器工作時的噪聲以及增強其工作的可靠性、安全性等等這些問題，都試圖通過采取合適的控製方式來解決(jue) ，設計出綠色變頻器。