电力电子和微处理器的进步是变频器发展的动力

从变频器的发展史看，早在半个多世纪前，VVVF变频器的原理就已经研究清楚了，只是由于要用电磁元件来实现，而控制性能又赶不上直流调速，所以长期得不到应用。20世纪六七十年代有了静止电力电子变流装置，并出现品种齐全的全控开关器件，才使变频调速获得飞跃发展。采用微机控制后，用软件实现矢量控制算法，使硬件电路规范化，从而降低了成本，提高了可靠性。由此可见，电力电子和微机控制是变频器发展的两大法宝。“电力电子器件”将在第2章阐述，这里仅对微处理器的进步作详细的论述。

1．控制手段的发展

由于电力电子装置成为弱电控制强电的纽带，故电子控制成为唯一的控制手段。常用的电子控制分为两类，模拟控制和数字控制。前者用于连续控制，后者用于逻辑（开关量）控制。功能齐全的数控系统发展为工业控制计算机，而控制规律的软件化又使通用计算机直接走入工控领域。以微处理器为核心的数控成为现代自控系统的主流。

2．微机控制面临的问题和解决途径

一般来说，全数字控制存在如下缺点：

①模拟量数字化将产生量化误差，影响控制精度。

②按采样周期离散化后，影响控制的实时性，甚至会造成闭环系统不稳定。

③参数、限幅值已写在软件中，不方便用户调整。

要解决上述三个问题，只有加快微机速度和增加微机位数，使前两个问题得到克服，后一个问题可通过上位计算机监控来解决。

3．微机控制的新进展

1)单片机

开始采用微机控制时，总要选用CPU、ROM、RAM、定时计数器、I/O、AD、DA等芯片组成最小微机系统。为了适应这种需要，一些公司开始在一块芯片上直接集成这些部件，成为单片机。就其组成而言，可以说一块单片机芯片就是一台计算机。这样一来，大大缩小了控制器的体积，降低了成本，发挥出很强的功能。近年来，单片机发展很’陕，性能不断提高，主要表现在指令执行周期的缩短和CPU位数的增加。以Intel公司为例，从20世纪70年代中期到80年代中期，其产品的发展情况见表1-1。

表1-1    Intel公司单片机的进展

 

这类单片机具有丰富的硬件和软件资源，适用于实时控制，但用于大量数据处理或浮点运算则略逊色，进一步提高运算速度有一定困难。

2)数字信号处理器DSP (DigitalSignal Processor)

为了提高运算速度，在20世纪80年代初期出现了数字信号处理器，提高时钟频率，支持浮点运算，集成了硬件乘法器，使乘法运算也能在一个指令周期内完成等，成为一种高速的32位单片机。表1-2列出了美国TEXAS仪器公司开发的TMS320系列DSP的技术数据。

表1-2    TEXAS仪器公司生产的TMS320系列DSP

 

3)高级专用集成电路ASIC(Advanced Specialized Integrated Circuits)

能完成特定功能的初级专用集成电路早已商品化，如产生SPWM波发生器的HEF4752、SLE4520等。ASIC的功能则远远超过一个发生器，往往能包含一种特定控制系统，如德国IAM公司1994年推出的VECON，就是一个单片矢量控制器，使矢量控制的可靠性提高并有助于公司专利的保密。开发新一代的ASIC成为各电气公司竞争的热点。

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