在变频调速系统中自抗扰控制器的应用价值

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  摘 要:电力技术以及微电子技术和未处理技术不断发展的过程中,电机变频调速运行体系的调速功能得到了较大程度的提升,其和传统的直流电机调速运行体系相比较,主要的特点是结构简单。调速范围更广、工作效率更高。各种特点更稳定等等,在实际的工作过程中其已经取得了非常广泛的利用。文中研究基于自抗扰控制工作原理基础之上,提出了在变频调速过程中的系统应用干扰,以及变频器在实际应用过程中存在的问题和具体的解决方式。自抗扰控制器转子的磁链幅值的变化是属于转速子运行体系影响的转速子运行体系的内部干扰,其承载的对转速子运行体系的影响,并且此项影响是转速子运行体系的外扰。
  关键词:自抗扰控制器 变频调速系统 抗干扰性
  引言
  自扰控制是一种非线性的控制律,此项控制技术来源于典型的PID思想,建立在误差基础上消除或者抵制各种误差的存在,控制律是建立不完全是依靠于数学模型之上,其能够实时的判定并且补偿整个运行体系在实际运行过程中遭受到的各种外界的与内部的扰动效率总和,其是从自抗扰控制器而构成的感应电机变频调速运行体系中得到的有效的品质控制。
  一、变频调速系统在应用时的干扰
  变频调速系统对其他设备做干扰的主要因素是输出以及输入过程中电流的高次谐波成分,其他各种设备干扰变频调速系统的主要原因是因为变频器使用了有较高性能的微处理器等各种集成电路模式,因此对各种外界电磁的干扰性特点明显[1]。
  1.变频器出现的干扰
  变频器的输入以及输出电流的波形都是非正规的正弦波,其中存在各种高次的谐波。其传播的方式是空中辐射。线路传播等,会对附近的电子设备。通信以及无线电设备的工作环境造成影响。如图1所示,也正是因为在安装设变频器的过程中,需要充分的考虑使用各种抗干扰的方式,对干扰信号的强度做削减。
  图1 变频器的主要干扰方式
  2.外来干扰
  变频器使用性能较高的微处理器等不同形式的集成电路,能够对外来的电磁干扰具备较高的敏感程度,同样也会因为电磁干扰的影响而出现各种不正确的操作行为,从而对其工作运转造成巨大的不良影响。外界的干扰大部分是因为电缆入侵进变频器中,因此敷设电缆控制的过程中需要最大程度的进行抗干扰工作。在变频器的输入电路之中加入进交流电抗器,能够有效的完成干扰控制操作。
  二、谐波的危害
  1.影响电容器
  因为电容器的容抗和频率之间的反比关系,因此在高次谐波电压的工作环境下,容抗相比基波电压造成作用的容抗要更小,使得谐波电流的波形不正常变化相比谐波电压的波形不正常变化要大更多。就算是电压之中的谐波占据的比例较小,同样也会出现明显的谐波电流。尤其是在出现谐振的情形下,一些较小的谐波电压都会造成较大的谐波电流,造成容器之间的负担加剧,从而使得电容器因为电流过大而出现损坏[2]。
  2.影响输电系统
  谐波电流不但会在输电线路上出现谐波的电压下降,同时会加深输电线路之上的电流有效值,造成附加在其之上的输电损耗。在电缆输电的过程中,谐波电压相比幅值电压,会强化介质的电场强度,对电缆的使用寿命造成影响。在以往使用过程中显示,谐波的影响会把电缆的使用寿命降低至少六成。
  三、抗干扰的措施
  按照电磁感应的基本原理内容,组成的电磁干扰需要具备电磁的干扰源、电磁干扰的渠道、对电磁干扰存在灵敏的运行体系等三方面的因素。为了有效的避免干扰存在,能够有效的从这几个方面使用抗干扰方式。通常能够从干扰源以及传播的渠道这样两个方面作为切入点做干扰控制操作,其整体性原则是控制以及消除干扰源、阻断干扰对整个运行体系的耦合过程,降低运行体系对干扰信号存在的灵敏度等等。
  1.布线工作科学合理性操作
  合理布线能够在最大程度上对干扰信号的强度做削减,参见图2。在布线的过程中一般的遵循原则有以下几方面要素:
  图2 变频器布线图
  第一,远离原则各种设备日的控制线需要最大程度的远离变频器的输入以及输出设施。第二,相绞性原则:电磁感应的耦合出现干扰电流和控制信号的电流互相重叠对控制信号造成一定的影响,把两根控制线做相绞操作,能够有效的控制差模中的干扰信号。第三,交叉原则:在控制线的空间分布上,需要最大程度的将其和变频器之间的输出以及输入线做交叉处理,最好的方式就是选择垂直交叉的方式。
  2.隔离干扰信号
  干扰隔离其实就是把电路之上,将干扰源以及容易受到干扰的部分做隔离,使其彼此之间不会存在电的关系。
  3.线路屏蔽
  对干扰源做屏蔽是控制干扰最直接有效的方式,一般方式有主电路屏蔽以及控制电路屏蔽两种,通常情况下,变频调速器使用的都是金属外壳的屏蔽方式,不会因为电磁干扰的泄露而对其他的设备造成任何的干扰,与此同时也可以较好的减弱高频电磁场对变频器控制电路造成的影响。
  四、变频器在电力系统中的应用存在的干扰问题和解决方法
  1.注意避免出现共振现象
  因为定子电流之中存在高次谐波,在电机的转矩之中存在脉动分量,很有可能使得电机的振动和机械振动之间出现共振的情况,使得设备在运行过程中出现问题。事先找到承载有固定的共振频率之后,借助变频器的频率跳动功能,能够避开共振的频率点。
  2.有效限制最低转速
  在进行低转速的过程中,电机的噪声会变大,电机的冷却能力会降低,如果承载的转矩相对较大或者完全充满的情形下,会有烧毁电机的可能性存在[3]。因此需要低速运转的高承载性变频电机,需要将额定功率这一理念加入进考虑范围之内,或者加入强风做冷却加速工作。
  五、结语
  自抗扰控制器完成了电流跟踪感应电机变频调速运行体系中对于内扰动以及外扰动实行的实时非线性不确定性运行体系的动态性的反馈线性。自抗扰控制器完成了电流跟踪感应电机变频调速运行体系较好的跟随性特点以及抗扰性特点。
  参考文献:
  [1]宋金来,杨雨,许可康,等.惯性平台稳定回路的自抗扰控制.系统仿真学报.2010,3(5):391
  [2]韩京清.非线性连续二阶扩展状态观测器的分析与设计.科学报.2009,45(13):1373
  [3]黄一,张文革.自抗扰控制器的发展.控制与决策.2011,19(4):485
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