关于变频器运动控制可行性分析

变频驱动技术已被用于控制许多机械任务和自动化机器人，涵盖从制造、加工厂到仓库和其他物流设施的应用。无论是在物料处理、机械加工，还是泵和风机的应用，变频器是一种经济可行的选择，可以帮助企业优化性能，降低能源消耗，永久降低机器和机器人的生命周期成本，它也有助于企业提高生产力和成本效率。

变频器可用于基本的电压模式范围内，以及运行在三相供电情况下的230V、480V或者600V电机。变频器的选择要依据电机类型、电压、额定电流、接入电源、以及输入/输出（I/O）的要求而定。其大小取决于一系列与应用相关的因素，包括电机的满负荷额定功率和满负荷状态下的最大电压。

变频器的运动控制

运动控制具有明显的时代特征，它是各种高科技的结合，将工业自动化、办公自动化和家庭自动化推向更高的阶段。

一、变频器部分

变频器的核心是电力电子器件及控制方式。

1、电力电子部件：电力电子部件是在电路中发挥通断作用，实现各种变流器的部件。而这种变流的装置可以通过变频器实现，随着变频器元件的发展，变频器元件的质量取决于其通断能力，通断能力受通断电流和额定电压的影响。开关过程中的损耗，如饱和压降和开关损耗，决定了逆变器的效率和体积。开关损耗与开关频率有关、开关频率与噪声有关，而且与输出电压、电流波形有关。就是说电力电子器件要朝着电压高、电流大、开关频率高、导通压降小的方向发展。晶闸管是半控器件，属于第一代产品，但调制频率低、控制复杂、效率低、容量大、电压高、历史悠久，不管是用作整流还是用作逆变，都是比较成熟的。

全GTO晶闸管在电力机车中的应用是垄断性的，无论是装配直流斩波器还是装配换能器。这也是我国八五期间的一个重大科研项目，但由于gto晶闸管的关断电流增益小，过电流保护困难，调制频率低，gto晶闸管变流器在其他地方的应用备受争议。由bjt组装的直流斩波器和pwm变换器非常流行，但输出电压不大于460v，容量不大于400kw。然而，后者具有较小的容量和较低的输出电压，并且在市场上没有很多有竞争力的产品。

IGBT和MCT在运动控制中，是属于新一代的电力电子器件：前者是摩斯驱动的bjt，其优点是容量和电压都超过bjt，并且有取代bjt的倾向；后者MOS驱动晶闸管，理论上具有两者的优点。这两种新型器件有着成熟的产品，IGBT已发展到第四代，且目前国外已将微电子生产技术转向电力电子，因此产生了专用集成电路( SPIC )。 将IGBT的驱动电路和保护电路组合而成的智能器件称为IPM，将开关电源组合而成的IPM，变频器更可靠，已成为调速的主导产品，取代直流调速，21世纪进入了交流调速时代。

2、控制模式变频器采用不同的控制模式，获得的调速性能、特性和用途也不同。控制模式通常分为开环和闭环控制。开环控制有一个U/f(电压和频率)比例控制模式；闭环有转差频率控制和各种矢量控制。从发展历史来看，从开环到闭环，今天的矢量控制可以与DC电机的电枢电流控制相媲美。目前，还可以直接获取交流电机参数进行直接转矩控制，方便、准确、精度高。

二、电机部分

电机是运动控制中的主要电机，但人们并不完全了解它。这里有许多新概念，值得人们注意。

电力电子设备从交流转换到DC很容易，从DC转换到交流很难。电力电子设备串联或并联也是困难的。因此，希望电机的电压和相数与设备紧密匹配，综合设计，统一考虑，不要拘泥于原有的传统和标准。

近年来，同步电动机在运动控制中升为新星，21届IEEE国际电力电子会议讨论过“永久磁铁或磁阻电动机是否能代替异步电动机应用于变速传动”的问题。 永磁同步电动机采用自吸后，增加了转子位置反馈的环节，但消除了起动绕组，摆脱了起动和牵引带来的设计和运行上的困难。 永磁同步电动机能自然解耦合，电磁时间常数小，控制性能已经优于直流电动机，在伺服系统中获得了盟主地位。 另外，中国是稀土大国，应该在永磁同步电动机的研究开发中取得领先地位。

三、总结

 变频器最基本应用，是通过调节接入电动机的电源的频率和电压，使操作人员可以将电机的速度和负载要求匹配起来。对于特定的应用，可以使电机运行在最高效的速度上，并且减少能源消耗。

变频器可以对需要创造性的OEM行业和目标性用户带来效率潜在的提升。 变频驱动技术由于现代科技更新换代后的帮助下，已经可以有助于解决特定运动控制应用的问题，能够有效提升企业的经济效益。