数字式智能变频器的分析论述

【摘 要】随着我国社会主义市场经济的进步和发展，数字式智能变频器在我国工业发展中的应用范围越来越广泛，其在工业生产中所发挥的作用也越来越重要。在科学技术高速发展的今天，新型智能变频器层出不穷，智能变频器作为电气自动化与智能化控制工程中的重要设施，对电气自动化的实现有着非常关键的作用。数字式智能变频器的设计是一项极为复杂的系统性工作，在设计中会涉及到多方面的专业技术，比如计算机技术、电子技术、自动化技术、人工智能、自动控制技术、模糊控制技术等。

【关键词】数字式；智能；变频器；整流模块

数字式智能变频器具有极为显著的节能效果，这种优势使得其成为我国企业技术改造中最为理想的调速装置。而随着企业节能意识的不断加强，数字式智能变频器广泛应用于石化、冶金、化纤、纺织、市政、电力、食品、建材、烟草等行业。近几年，我国的能源形势更为紧张，已经成为制约我国经济持续发展的主要因素。为了缓解我国能源的紧张形势，我国政府正在大力提倡研发节能技术，数字式智能变频器所具有的节能效果使其成为我国节能技术研发的主体。数字式智能变频器的应用，能够极大的提高对TPAM转速的控制精度，节能效果非常显著。变频调速器不仅在工业市场有着较为广泛应用，同时也在家电市场有着极好的发展前景。很多家庭都希望在能源消耗方面节省开支，减少对电能的消耗，提高家电的利用效率。随着变频洗衣机、变频冰箱、变频空调的出现，对节约电能的消耗起到了极大的作用。本文针对数字式智能变频器的系统硬件模块设计进行了分析。期望通过本文的分析，能够让读者对我国数字式智能变频器有更加深刻的认识。

1 智能变频器的类型

1.1 ADA变频器与AA变频器

ADA变频器即“交―直―交”变频器，简称间接变频器。其工作原理是：首先通过整流器将工频交流电变为直流电，再通过逆变器将直流电转换为频率可控的交流电。

AA变频器即“交―交”变频器，简称直接变频器。其工作原理是：仅通过一个转换环节将恒压恒频（Constant Voltage Constant Frequency）的交流电转换为Variable Voltage Variable Frequency电源。该变频器主要用于高性能、大容量且低转速的调速场合。

1.2 VM变频器与CM变频器

VM变频器即电压型变频器，其工作原理是：经过大电容滤波后输出的直流电压呈现出较为平直的矩形波或是形成阶梯波。该变频器主要适用于对正反转没有要求的变频场合。

CM变频器即电流型变频器，其工作原理是：在变频器的直流环节直接采用大电感滤波，从负载的层面来讲，其基本上可归属于同一个电流源，且输出的电流为矩形波形式。这种变频器的最大优点是可以进行四象限运行，比较适合用于大容量或是频繁可逆运转的变频场合。

1.3 PAM变频器与PWM变频器

PAM变频器的控制是通过改变电流源电流幅值或是电压源电压幅值实现的。在其逆变部分，一般只需控制频率即可。对于整流部分，则需要对输出电流和电压进行控制。

PWM变频器实现变频、变压的方式是通过利用全控型电子元件的导通以及关断作用，将直流电压转变成具有一定形状的电压脉冲序列。

2 系统硬件结构与软件结构

本文对基于FOC原理、采用PWM控制模式的ADA智能变频器的硬件结构以及软件结构进行了阐述：

2.1 系统硬件结构

该变频器的硬件主要是由DSP和IPM组成。DPS即Digital Signal Processer的简称，IPM为Intelligent Power Module的简称。为了将变频器的结构打造的更为简单，且功能更加可靠，在选择控制电路的核心时，可选用TMS320LF2407A型DSP以及PM15RSH120型IPM。同时，还要做好智能控制版（ICB）的设计，ICB是整个硬件系统的核心成分。其逻辑框架如图1所示。

图1 智能控制版的逻辑框架图

2.2 系统软件结构

随着C语言技术的发展，DSP的开发水平明显提高，其可移植性以及可读性也明显增强。但是在某些特殊情况下，C语言的应用还是具有一定的局限性，其效率在某些方面依然无法与手工编写的汇编代码相比。鉴于这种情况，最合理的解决办法就是将C语言与汇编语言进行合理的混编，这样就可以实现DSP硬件资源利用效率的最大化。就拿德州仪器公司开发的版本为4.10的 DSP集成系统而言，其PWM的输出频率为10kHz，PWM的输出的模式为带死区的对称模式。软件系统的开发过程如图2所示：

图2 变频器软件系统的开发过程图

3 硬件抗扰措施

为了确保变频器不受干扰，可采用硬件抗干扰和软件抗干扰两种措施。其中，硬件抗干扰是最常用、也是最为主要的抗干扰措施，软件抗干扰主要是利用DPS主控芯片的运算能力实现抗干扰，目前该技术还不够成熟，尚未进行全面推广。而硬件抗干扰措施，作为最基础的抗干扰措施，其在变频器安全运行中有着巨大的作用。硬件抗干扰可分隔离、屏蔽、接地和电抗四个方面。

3.1 隔离措施

隔离措施是指将干扰源或是易受干扰的部分从电路上隔离开来，使其不再发生电的联系。隔离措施一般用于电源和放大器电路之间的电源线上。

3.2 屏蔽措施

就目前的情况而言，屏蔽措施是抑制干扰最为有效的方法。一般来说，变频器本身设有铁壳，可以防止电磁干扰的泄漏。同时，变频器的输出线路也常用钢管进行屏蔽。当使用外部信号对变频器进行控制时，尽量选用长度在20m以内的信号线，信号线不宜过长，否则会加剧干扰。与此同时，还要对信号线进行双绞线屏蔽，确保其与控制线以及主电线路完全分离，切忌将信号线与主电线路以及控制线安置在同一线槽内。另外，如果周围还有敏感的设备线路，也需要对其进行屏蔽。

3.3 接地措施

为了提高变频系统的可靠性，必须要将系统中的电源零线和保护接地分清，控制信号屏蔽地和主电路导线屏蔽地不可混乱搭接。同时，还要做好变频器中主回路端子PE的接地，以此降低变频器的干扰，提高变频器的抑噪能力。根据相关的规定，变频器接地导线的截面积不得小于2.4平方毫米。同时，还必须要将变频器的接地点与其他设备的接地点分开，切忌共用同一接地点。

3.4 电抗措施

一般来说，低频率谐波分量在变频器的输入电流中占比较高。低频率谐波分量不仅会干扰到其他设备的正常使用，同时还会消耗掉大量的无功功率，降低线路的功率因素。对于此类情况，一般都是直接在输电线路内串入电抗器，这对抑制低频率谐波电流的影响有着突出作用。

4 结束语

总而言之，随着我国科学技术的发展和进步，数字式智能变频器在我国各行业中的应用日渐广泛，对提高我经济发展水平有着重要的作用。虽然我国在研究数字式智能变频器方面，还有很多技术问题需要解决，但只要通过不断的努力，定能充分发挥出数字式智能变频器的巨大作用。

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