變頻器的運動控制

變頻驅動技術已被用于控制許多機械任務和自動化機器人，涵蓋從制造、加工廠到倉庫和其他物流設施的應用。無論是在物料處理、機械加工，還是泵和風機的應用。變頻器主要作用是調整電機的功率、實現(xiàn)電機的變速運行，以達到省電的目的。

變頻器幫助企業(yè)優(yōu)化性能，降低能源消耗，永久降低機器和機器人的生命周期成本，它也有助于企業(yè)提高生產力和成本效率。

變頻器可用于基本的電壓模式范圍內，以及運行在三相供電情況下的230V、480V或者600V電機。變頻器的選擇要依據(jù)電機類型、電壓、額定電流、接入電源、以及輸入/輸出(I/O)的要求而定。其大小取決于一系列與應用相關的因素，包括電機的滿負荷額定功率和滿負荷狀態(tài)下的最大電壓。

變頻器的運動控制具有明顯的時代特征，它是各種高科技的結合，將工業(yè)自動化、辦公自動化和家庭自動化推向更高的階段。

一、變頻器部分

變頻器的核心是電力電子器件及控制方式。

1、電力電子部件：電力電子部件是在電路中發(fā)揮通斷作用，實現(xiàn)各種變流器的部件。而這種變流的裝置可以通過變頻器實現(xiàn)，隨著變頻器元件的發(fā)展，變頻器元件的質量取決于其通斷能力，通斷能力受通斷電流和額定電壓的影響。開關過程中的損耗，如飽和壓降和開關損耗，決定了逆變器的效率和體積。開關損耗與開關頻率有關、開關頻率與噪聲有關，而且與輸出電壓、電流波形有關。就是說電力電子器件要朝著電壓高、電流大、開關頻率高、導通壓降小的方向發(fā)展。晶閘管是半控器件，屬于第一代產品，但調制頻率低、控制復雜、效率低、容量大、電壓高、歷史悠久，不管是用作整流還是用作逆變，都是比較成熟的。

全GTO晶閘管在電力機車中的應用是壟斷性的，無論是裝配直流斬波器還是裝配換能器。這也是我國八五期間的一個重大科研項目，但由于gto晶閘管的關斷電流增益小，過電流保護困難，調制頻率低，gto晶閘管變流器在其他地方的應用備受爭議。由bjt組裝的直流斬波器和pwm變換器非常流行，但輸出電壓不大于460v，容量不大于400kw。然而，后者具有較小的容量和較低的輸出電壓，并且在市場上沒有很多有競爭力的產品。

IGBT和MCT在運動控制中，是屬于新一代的電力電子器件：前者是摩斯驅動的bjt，其優(yōu)點是容量和電壓都超過bjt，并且有取代bjt的傾向;后者MOS驅動晶閘管，理論上具有兩者的優(yōu)點。這兩種新型器件有著成熟的產品，IGBT已發(fā)展到第四代，且目前國外已將微電子生產技術轉向電力電子，因此產生了專用集成電路( SPIC )。 將IGBT的驅動電路和保護電路組合而成的智能器件稱為IPM，將開關電源組合而成的IPM，變頻器更可靠，已成為調速的主導產品，取代直流調速，21世紀進入了交流調速時代。

2、控制模式變頻器采用不同的控制模式，獲得的調速性能、特性和用途也不同?？刂颇Ｊ酵ǔ７譃殚_環(huán)和閉環(huán)控制。開環(huán)控制有一個U/f(電壓和頻率)比例控制模式;閉環(huán)有轉差頻率控制和各種矢量控制。從發(fā)展歷史來看，從開環(huán)到閉環(huán)，今天的矢量控制可以與DC電機的電樞電流控制相媲美。目前，還可以直接獲取交流電機參數(shù)進行直接轉矩控制，方便、準確、精度高。

二、電機部分

電機是運動控制中的主要電機，但人們并不完全了解它。這里有許多新概念，值得人們注意。

電力電子設備從交流轉換到DC很容易，從DC轉換到交流很難。電力電子設備串聯(lián)或并聯(lián)也是困難的。因此，希望電機的電壓和相數(shù)與設備緊密匹配，綜合設計，統(tǒng)一考慮，不要拘泥于原有的傳統(tǒng)和標準。

近年來，同步電動機在運動控制中升為新星，21屆IEEE國際電力電子會議討論過“永久磁鐵或磁阻電動機是否能代替異步電動機應用于變速傳動”的問題。 永磁同步電動機采用自吸后，增加了轉子位置反饋的環(huán)節(jié)，但消除了起動繞組，擺脫了起動和牽引帶來的設計和運行上的困難。 永磁同步電動機能自然解耦合，電磁時間常數(shù)小，控制性能已經優(yōu)于直流電動機，在伺服系統(tǒng)中獲得了盟主地位。 另外，中國是稀土大國，應該在永磁同步電動機的研究開發(fā)中取得領先地位。

三、總結

變頻器最基本應用，是通過調節(jié)接入電動機的電源的頻率和電壓，使操作人員可以將電機的速度和負載要求匹配起來。對于特定的應用，可以使電機運行在最高效的速度上，并且減少能源消耗。

變頻器可以可以取代因環(huán)境所造成的較高故障率的滑差電機調速系統(tǒng)以及控制精度較差的各類閥門控制方式，節(jié)能效率大大提高，減少設備故障，提高控制精度，延長設備使用壽命，進而提升生產效率以及企業(yè)的經濟效益。