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变频器控制技术

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  • 发布时间:2014/12/19 8:30:17
  • 作者:银河电气

  

变频器例图

  

  变频器(Variable-frequency Drive,VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。如今,交流变频调速逐渐成为电气传动的主流,主要用于控制异步电动机的转速和转矩,此技术的应用不仅扩大了电动机的转速调节范围,使电动机转速能够从零速到高于额定转速的范围内变化,而且具有动态响应快速、工作效率高、输出特性好、使用方便等直流调速技术无可比拟的良好特性。本文主要介绍变频器控制方式,让大家对变频器控制技术发展变化有一个比较全面的认识,在实际生产生活中,结合生产需求,选择最合适的变频器产品。

1v/f控制


  变频器的v/f控制是通过调整变频器的输出电压和输出频率之比,来改变电机在调速过程中机械特性的控制方式,是变频器最基本的控制方式。一般变频器有正比型、起动转矩补偿型和递减型三种曲线。通常大多数选择正比型曲线,这种输出型曲线适用于恒转矩负载;起动转矩补偿曲线将输出电压v0相对于恒定转矩v/f曲线作适当提高,以补偿定子在低频时定子电阻引起的压降,提高电机的转矩,适应大起动转矩需求的调速对象;递减型曲线,适合风机水泵类负载,这类负载工作转速降低时,转矩以平方关系降低。
  这种控制方式在低频时,由于输出电压较低,转矩受定子电阻压降的影响比较显著,使输出最大转矩减小。另外,其机械特性终究没有直流电动机硬,动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意。

2矢量控制


  矢量控制是基于理论上认为:异步电动机与直流电动机具有相同的转矩产生机理。矢量控制方式就是将定子电流分解成规定的磁场电流和转矩电流,分别进行控制,同时将两者合成后的定子电流输出给电动机。因此,从原理上可得到与直流电动机相同的控制性能。采用转矩矢量控制功能,电动机在各种运行条件下都能输出最大转矩,尤其是电动机在低速运行区域。现在的变频器几乎都采用无反馈矢量控制,由于变频器能根据负载电流大小和相位进行转差补偿,使电动机具有很硬的力学特性,对于多数场合已能满足要求,不需在变频器的外部设置速度反馈电路。相比于常规的v/f控制方式,变频器矢量控制响应速度快、控制灵活、精度高。但是,由于转子磁链难以准确观测,系统特性受电动机参数的影响较大,且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂,使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。

3直接转矩控制


  直接转矩控制是以转矩为中心来进行综合控制,不仅控制转矩,也用于磁链量的控制和磁链自控制。直接转矩控制与矢量控制的区别是,它不是通过控制电流、磁链等量间接控制转矩,而是把转矩直接作为被控量控制,其实质是用空间矢量的分析方法,以定子磁场定向方式,对定子磁链和电磁转矩进行直接控制的。它不需要将交流电动机等效为直流电动机,因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制,也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。它直接在电机定子坐标上计算磁链的模和转矩的大小,并通过磁链和转矩的直接跟踪实现PWM脉宽调制和系统的高动态性能。

4矩阵式交-交控制


  变频器v/f控制、变频器矢量控制、变频器直接转矩控制都是交—直—交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低,谐波电流大,直流电路需要大的储能电容,产生的电能又不能反馈回电网(不能进行四象限运行)。矩阵式交—交控制技术的发展应用使得这些问题迎刃而解。由于矩阵式交—交控制省去了中间直流变换环节,从而省去了体积大且昻贵的电解电容。它能实现功率因数为1,输入电流为正弦且能四象限运行,系统的功率密度大。矩阵式交—交控制实质不是间接的控制电流、磁链等量,而是把转矩直接作为被控制量来实现的。
  矩阵式交—交变频具有快速的转矩响应,高速度精度以及高转矩精度;同时还具有较高的起动转矩,尤其在低速时(包括0速度时),可输出150%~200%转矩。