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1995年ABB公司首先推出的ACS600直接转矩控制系列,已达到<2ms的转矩响应速度在带PG时的静态速度精度达土O.01%,在不带PG的情况下即使受到输入电压的变化或负载突变的影响,向样可以达到正负0.1%的速度控制精度。其他公司也以直接转矩控制为努力目标,如安川VS-676H5高性能无速度传感器矢量控制系列,虽与直接转矩控制还有差别,但它也已做到了100ms的转矩响应和正负0.2%(无PG),正负0.01%(带PG)的速度控制精度,转矩控制精度在正负3%左右。其他公司如日本富士电机推出的FRN5000G9/P9以及最新的FRN5000Gll/P11系列出采取了类似无速度传感器控制的设计,性能有了进一步提高,然而变频器的价格并不比以前的机型昂贵多少。
控制技术的发展完全得益于微处理机技术的发展,自从1991年INTEL公司推出8X196MC系列以来,专门用于电动机控制的芯片在品种、速度、功能、性价比等方面都有很大的发展。如日本三菱电机开发用于电动机控制的M37705、M7906单片机和美国德州仪器的TMS320C240DSP等都是颇具代表性的产品。
4.关于PWM技术
PWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一。1964年A.Schonung和H.stemmler首先在评论上提出把这项通讯技术应用到交流传动中,从此为交流传动的推广应用开辟了新的局面。
从最初采用模拟电路完成三角调制波和参考正弦波比较,产生正弦脉宽调制SPWM信号以控制功率器件的开关开始,到目前采用全数字化方案,完成优化的实时在线的PWM信号输出,可以说直到目前为止,PWM在各种应用场合仍占主导地位,并一直是人们研究的热点。
由于PWM可以同时实现变频变压反抑制谐波的特点,由此在交流传动乃至其它能量变换系统中得到广泛应用。PWM控制技术大致可以分为三类,正弦PWM(包括电压,电流或磁通的正弦为目标的各种PWM方案,多重PWM也应归于此类),优化PWM及随机PWM。正弦PWM已为人们所熟知,而旨在改善输出电压、电流波形,降低电源系统谐波的多重PWM技术在大功率变频器中有其独特的优势(如ABBACS1000系列和美国ROBICON公司的完美无谐波系列等);而优化PWM所追求的则是实现电流谐波畸变率(THD)最小,电压利用率最高,效率最优,及转矩脉动最小以及其它特定优化目标。
在70年代开始至80年代初,由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管,载波频率一般最高不超过5KHZ,电机绕组的电磁噪音及谐波引起的振动引起人们的关注。为求得改善,随机PwM方法应运而生。其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声(在线性频率坐标系中,各频率能量分布是均匀的),尽管噪音的总分贝数未变,但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱。正因为如此,即使在IGBT已被广泛应用的今天,对于载波频率必须限制在较低频率的场合,随机PWM仍然有其特殊的价值(DTC控制即为一例);另一方面则告诉人们消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率,因为随机PWM技术提供了一个分析、解决问题的全新思路。
5.展望
通用变频器的发展是世界高速经济发展的产物。其发展的趋势大致为:
5.l主控一体化
日本三菱公司将功率芯片和控制电路集成在一快芯片上的DIPIPM(即双列直插式封装)的研制已经完成并推向市场。一种使逆变功率和控制电路达到一体化,智能化和高性能化的HVIC(高耐压IC)SOC(SystemonChip)的概念已被用户接受,首先满足了家电市场低成本、小型化、高可靠性和易使用等的要求。因此叶以展望,随着功率做大,此产品在市场上极具竞争力。
5.2小型化
用日本富士(FUJI)电机的三添胜先生的话说,变频器的小型化就是向发热挑战。这就是说变频器的小型化除了出自支撑部件的实装技术和系统设计的大规模集成化,功率器件发热的改善和冷却技术的发展已成为小型化的重要原因。ABB公司将小型变频器定型?频器应当象接触器、软起动器等电器元件一样使用简单,安装方便,安全可靠。
5.3低电磁噪音化
今后的变频器都要求在抗干扰和抑制高次谐波方面符合EMC国际标准,主要做法足在变频器输入侧加交流电抗器或有源功率因数校正(ActivePowerFactorCorrection.APFC)电路,改善输入电流波形降低电网谐波以及逆变桥采取电流过零的开关技术。而控制电源用的开关电源将推崇半谐振方式,这种开关控制方式在30-50MhZ时的噪声可降低15-20dB。
5.4专用化
通用变频器中出现专用型家族是近年来的事。其目的是更好发挥变频器的独特功能并尽可能地方便用户。
如用于起重税负载的ARBACC系列,用广交流电梯的SiemensMICO340系列和FUJIFRN5000G11UD系列,其他还有用于恒压供水、上作机械主轴传动、电源再生、纺织、机车牵引等专用系列。
5.5系统化 作为发展趋势,通用变频器从模拟式、数字式、智能化、多功能向集中型发展。最近,日本安川由机提出了以变频器,伺服装置,控制器及通讯装置为中心的”D&M&C”概念,并制定了相应的标准。目的是为用户提供最佳的系统。因此可以预见在今后.变频器的高速响应件和高性能什将是基本条件。’
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