交流變頻調速技術的發(fā)展
加入技術交流群
數字化使得控制器對信息的處理能力大幅度提高，許多難以實現的復雜控制，采用微機控制器后便都解決了。高性能的矢量控制系統(tǒng)，如果沒有微機的支持是不可能真正實現的。此外，微機控制技術給交流調速系統(tǒng)增加了多方面的功能，特別是故障診斷技術得到了完全的實現。
微機控制技術及大規(guī)模集成電路的應用提高了交流調速系統(tǒng)的可靠性，操作、設置的多樣性和靈活性，降低了變頻調速裝置的成本和體積。
以微處理器為核心的數字控制已成為現代交流調速系統(tǒng)的主要特征之一，用于交流調速系統(tǒng)的微處理器發(fā)展情況簡介如下：
3.1單片機
開始采用微機控制時，總要選用CPU、ROM、RAM、定時器/計數器、I/O、A/D、D/A等芯片，組成最小微機系統(tǒng)。為了適應這種需要，一些公司開始在一塊芯片上直接集成這些部件，稱為單片機。就其組成而言，可以說，一片單片機芯就是一臺計算機，大大縮小了控制器的體積，降低了成本，增強了功能。隨著單片機性能不斷提高，單片機具有了豐富的硬件資源和軟件資源。然而單片機對大量數據處理或浮點運算能力有限，因此有待于進一步提高運算速度。
3.2數字信號處理器(DSP)
為了提高運算速度，20世紀80年代初期出現了數字信號處理器，其中采取了一系列措施，包括集成硬件乘法器、提高時鐘頻率、支持浮點運算等，以提高運算速度。近幾年來，將DSP做成磁心，把PWM生成、A/D變換器等集成于一個芯片上，成為一種32位的速度高、功率強大的單片機，其應用日益廣泛。
3.3精簡指令集計算機
RISC在1986年前后問世，它是將控制器、PWM、A/D等組成一體做成芯片，是計算機體系結構上的一次突破，使微處理器在性能上獲得了質的飛躍。微處理器的進步往往只靠改進VLSI(超大規(guī)模集成)硬件的工藝，來提高時鐘頻率和微處理器速度。RISC則把著眼點放在經常使用的基本指令的執(zhí)行效率上，依靠硬件與軟件的優(yōu)化組合來提高速度。在RISC中，揚棄了運算復雜而用處不大的指令，省出這些指令所占用的硬件資源，以提高簡單指令的運行速度。自RISC誕生以來，經過10多年的發(fā)展，其工作速度已從2~3MIPS提高到1000MIPS。
3.4高級專用集成電路
ASIC也稱為適合特定用途的IC，是專用芯片的標準單元、門陣列合在一起的內部門陣列和作為程序使用的可編程邏輯陣列的結構。能完成特定功能的初級專用集成電路早已商品化，例如交流變壓變頻用的SPWM波形發(fā)生器有HEF4752、SLE4520。高級專用集成電路的功能遠遠超過一個發(fā)生器，往往能夠包括一種特定的控制系統(tǒng)，例如德國IAM1994年推出的VECON,它是一個交流伺服系統(tǒng)的單片矢量控制器，能完成矢量運算的DSP協處理器、PWM定時器，以及其他外圍和接口電路，都集成在一個芯片之內，使可靠性大大提高。
4功能綜合化
新一代的變頻器由于具有功能很強的微處理器支持，除能完成電動機變頻調速的基本功能外，還具有內置的可編程、參數辨識及通訊等功能。例如：
4.1自動加減速
變頻器可實現模糊最優(yōu)加減速，它根據電動機的負載狀態(tài)而自動設定加減速的最短時間;或者在設定的最短加減速時間內，將加速電流限制，將減速的直流過電壓控制在允許值以內。
4.2程序運行
變頻器可以根據預設的速度值和運行時間執(zhí)行多段程序運行。例如，各段運行時間、加減速時間以及正反向均可事先設定。
4.3節(jié)電運行
變頻器能自動選定輸出電壓，使電動機運行于最小電流狀態(tài)，從而使電動機損耗最低，其效率在原有節(jié)能基礎上再提高3%。
4.4電動機參數辨識
無速度傳感器矢量控制變頻器需要根據電動機參數推算轉速觀測值。一般制造廠商將變頻器供電的標準電動機參數事先設定好，也可以由用戶將所有電動機的參數進行新的設定。新型變頻器也可以做到第一次試運行時按規(guī)定程序自動辨識電動機參數并打印出來。這樣就拓寬了變頻器的應用范圍，而且使用很方便。
4.5通訊和反饋功能
新型變頻器一般都帶有RS232/422/485通訊接口，可以實現上位工控機對變頻器的1對1或1對多的通訊功能，可將上位機的運行指令下達，或將變頻器的運行狀態(tài)上傳。在需要高精度控制時，可選用編碼器，將轉速反饋信號反饋到變頻器，構成閉環(huán)系統(tǒng)。變頻器的通訊功能，對于不同的廠家有不同形式。完善的軟件功能和規(guī)范的通訊協議，使它可實現靈活的系統(tǒng)組態(tài)，組成現場總線系統(tǒng)，變頻器在其中作為通訊的從站和傳動執(zhí)行裝置。
交流調速技術的發(fā)展過程表明，現代工業(yè)生產及社會發(fā)展的需要推動了交流調速的飛速發(fā)展。現代控制理論的發(fā)展和應用、電力電子技術的發(fā)展和應用、微機控制技術及大規(guī)模集成電路的發(fā)展和應用，為交流調速的飛速發(fā)展創(chuàng)造了技術和物質條件。
評論