變頻器的5種控制要點(diǎn)
導(dǎo)讀：變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源,，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備,，其中控制電路完成對主電路的控制,，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波,，逆變電路將直流電再逆成交流電,。
對于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說，有時還需要一個進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計算的CPU以及一些相應(yīng)的電路,。變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的,。
變頻器的分類
變頻器的分類方法有多種：
按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器,；
按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器,、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器,；
按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器,、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等,；
按照用途分類，可以分為通用變頻器,、高性能專用變頻器,、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等,。
變頻器的工作原理：
我們知道,，交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位：
n＝60 f(1－s)/p (1)
式中
n———異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；
f———異步電動機(jī)的頻率,；
s———電動機(jī)轉(zhuǎn)差率,；
p———電動機(jī)極對數(shù)。
由式(1)可知,，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比,，只要改變頻率f即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時,，電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬,。變頻器就是通過改變電動機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率,、高性能的調(diào)速手段,。
變頻器接線圖
變頻器控制方式
低壓通用變頻輸出電壓為380～650V，輸出功率為0.75～400kW,，工作頻率為0～400Hz,，它的主電路都采用交—直—交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代,。
1U/f=C的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式
其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡單,、成本較低,，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求,，已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,。但是，這種控制方式在低頻時,，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機(jī)硬，動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意,，且系統(tǒng)性能不高,、控制曲線會隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢,、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高,，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等,。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速,。
電壓空間矢量(SVPWM)控制方式
它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的,，一次生成三相調(diào)制波形,，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。
經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn),，即引入頻率補(bǔ)償,，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值,，消除低速時定子電阻的影響,；將輸出電壓、電流閉環(huán),，以提高動態(tài)的精度和穩(wěn)定度,。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié),，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善,。
矢量控制(VC)方式
矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib,、Ic,、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換,，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1,、It1(Im1相當(dāng)于直流電動機(jī)的勵磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流),，然后模仿直流電動機(jī)的控制方法,，求得直流電動機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換,，實(shí)現(xiàn)對異步電動機(jī)的控制,。
其實(shí)質(zhì)是將交流電動機(jī)等效為直流電動機(jī)，分別對速度,，磁場兩個分量進(jìn)行獨(dú)立控制,。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量,，經(jīng)坐標(biāo)變換,，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義,。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測,，系統(tǒng)特性受電動機(jī)參數(shù)的影響較大,，且在等效直流電動機(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,。
直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式
1985年,，德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提選自.投標(biāo)書代寫網(wǎng) yipai178.com 出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足,，并以新穎的控制思想,、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展,。
目前,，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動上。 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型,，控制電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩,。它不需要將交流電動機(jī)等效為直流電動機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計算,；它不需要模仿直流電動機(jī)的控制,，也不需要為解耦而簡化交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型。
矩陣式交—交控制方式
VVVF變頻,、矢量控制變頻,、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交—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能電容,，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行,。
為此,，矩陣式交—交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié),，從而省去了體積大,、價格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為l,，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行,，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟,，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究,。其實(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,。
--具體方法是：
控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器，實(shí)現(xiàn)無速度傳感器方式,；
自動識別(ID)依靠精確的電機(jī)數(shù)學(xué)模型,，對電機(jī)參數(shù)自動識別；
算出實(shí)際值對應(yīng)定子阻抗,、互感,、磁飽和因素、慣量等算出實(shí)際的轉(zhuǎn)矩,、定子磁鏈,、轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行實(shí)時控制；
實(shí)現(xiàn)Band—Band控制按磁鏈和轉(zhuǎn)矩的Band—Band控制產(chǎn)生PWM信號,，對逆變器開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制,。
矩陣式交—交變頻具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)(<2ms)，很高的速度精度(±2％,，無PG反饋),，高轉(zhuǎn)矩精度(<＋3％)；同時還具有較高的起動轉(zhuǎn)矩及高轉(zhuǎn)矩精度,，尤其在低速時(包括0速度時),，可輸出150％～200％轉(zhuǎn)矩。
