变频器的运动控制

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。变频器主要作用是调整电机的功率、实现电机的变速运行，以达到省电的目的。

变频器帮助企业优化性能，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。

变频器可以可以取代因环境所造成的较高故障率的滑差电机调速系统以及控制精度较差的各类阀门控制方式，节能效率大大提高，减少设备故障，提高控制精度，延长设备使用寿命，进而提升生产效率以及企业的经济效益。