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變頻器控制技術(shù)

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  • 發(fā)布時(shí)間:2014/12/19 8:30:17
  • 作者:銀河電氣

  

變頻器例圖

  

  變頻器(Variable-frequency Drive,VFD)是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù),通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。如今,交流變頻調(diào)速逐漸成為電氣傳動(dòng)的主流,主要用于控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩,此技術(shù)的應(yīng)用不僅擴(kuò)大了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍,使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速能夠從零速到高于額定轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)變化,而且具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速、工作效率高、輸出特性好、使用方便等直流調(diào)速技術(shù)無可比擬的良好特性。本文主要介紹變頻器控制方式,讓大家對(duì)變頻器控制技術(shù)發(fā)展變化有一個(gè)比較全面的認(rèn)識(shí),在實(shí)際生產(chǎn)生活中,結(jié)合生產(chǎn)需求,選擇最合適的變頻器產(chǎn)品。

1v/f控制


  變頻器的v/f控制是通過調(diào)整變頻器的輸出電壓和輸出頻率之比,來改變電機(jī)在調(diào)速過程中機(jī)械特性的控制方式,是變頻器最基本的控制方式。一般變頻器有正比型、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償型和遞減型三種曲線。通常大多數(shù)選擇正比型曲線,這種輸出型曲線適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載;起動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償曲線將輸出電壓v0相對(duì)于恒定轉(zhuǎn)矩v/f曲線作適當(dāng)提高,以補(bǔ)償定子在低頻時(shí)定子電阻引起的壓降,提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩,適應(yīng)大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩需求的調(diào)速對(duì)象;遞減型曲線,適合風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載,這類負(fù)載工作轉(zhuǎn)速降低時(shí),轉(zhuǎn)矩以平方關(guān)系降低。
  這種控制方式在低頻時(shí),由于輸出電壓較低,轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著,使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外,其機(jī)械特性終究沒有直流電動(dòng)機(jī)硬,動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意。

2矢量控制


  矢量控制是基于理論上認(rèn)為:異步電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)具有相同的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)理。矢量控制方式就是將定子電流分解成規(guī)定的磁場(chǎng)電流和轉(zhuǎn)矩電流,分別進(jìn)行控制,同時(shí)將兩者合成后的定子電流輸出給電動(dòng)機(jī)。因此,從原理上可得到與直流電動(dòng)機(jī)相同的控制性能。采用轉(zhuǎn)矩矢量控制功能,電動(dòng)機(jī)在各種運(yùn)行條件下都能輸出最大轉(zhuǎn)矩,尤其是電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行區(qū)域?,F(xiàn)在的變頻器幾乎都采用無反饋矢量控制,由于變頻器能根據(jù)負(fù)載電流大小和相位進(jìn)行轉(zhuǎn)差補(bǔ)償,使電動(dòng)機(jī)具有很硬的力學(xué)特性,對(duì)于多數(shù)場(chǎng)合已能滿足要求,不需在變頻器的外部設(shè)置速度反饋電路。相比于常規(guī)的v/f控制方式,變頻器矢量控制響應(yīng)速度快、控制靈活、精度高。但是,由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè),系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大,且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜,使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。

3直接轉(zhuǎn)矩控制


  直接轉(zhuǎn)矩控制是以轉(zhuǎn)矩為中心來進(jìn)行綜合控制,不僅控制轉(zhuǎn)矩,也用于磁鏈量的控制和磁鏈自控制。直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制的區(qū)別是,它不是通過控制電流、磁鏈等量間接控制轉(zhuǎn)矩,而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量控制,其實(shí)質(zhì)是用空間矢量的分析方法,以定子磁場(chǎng)定向方式,對(duì)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制的。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī),因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算;它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制,也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。它直接在電機(jī)定子坐標(biāo)上計(jì)算磁鏈的模和轉(zhuǎn)矩的大小,并通過磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接跟蹤實(shí)現(xiàn)PWM脈寬調(diào)制和系統(tǒng)的高動(dòng)態(tài)性能。

4矩陣式交-交控制


  變頻器v/f控制、變頻器矢量控制、變頻器直接轉(zhuǎn)矩控制都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低,諧波電流大,直流電路需要大的儲(chǔ)能電容,產(chǎn)生的電能又不能反饋回電網(wǎng)(不能進(jìn)行四象限運(yùn)行)。矩陣式交—交控制技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用使得這些問題迎刃而解。由于矩陣式交—交控制省去了中間直流變換環(huán)節(jié),從而省去了體積大且昻貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為1,輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行,系統(tǒng)的功率密度大。矩陣式交—交控制實(shí)質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量,而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實(shí)現(xiàn)的。
  矩陣式交—交變頻具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng),高速度精度以及高轉(zhuǎn)矩精度;同時(shí)還具有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,尤其在低速時(shí)(包括0速度時(shí)),可輸出150%~200%轉(zhuǎn)矩。

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