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變頻器對電動機(jī)常用的控制方式

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  • 發(fā)布時間:2015/3/30 17:20:22
  • 作者:銀河電氣

  變頻器對電動機(jī)進(jìn)行控制方式是根據(jù)電動機(jī)的特性參數(shù)及電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)要求,進(jìn)行對電動機(jī)提供電壓、電流、頻率進(jìn)行控制達(dá)到負(fù)載的要求。目前對電動機(jī),變頻器控制方式大體可分為U/f恒定控制,轉(zhuǎn)差頻率控制,矢量控制,直接轉(zhuǎn)矩控制,電壓空間矢量(SVPWM)控制,矩陣式交—交控制方式,非線性控制等。

變頻器控制方式一:U/f恒定控制

  U/f控制是在改變電動機(jī)電源頻率的同時改變電動機(jī)電源的電壓,使電動機(jī)磁通保持一定,在較寬的調(diào)速范圍內(nèi),電動機(jī)的效率,功率因數(shù)不下降。因為是控制電壓(Voltage)與頻率(Frequency)之比,稱為U/f控制。恒定U/f控制存在的主要問題是低速性能較差,轉(zhuǎn)速極低時,電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o法克服較大的靜摩擦力,不能恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償和適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化; 其次是無法準(zhǔn)確的控制電動機(jī)的實際轉(zhuǎn)速。由于恒U/f變頻器是轉(zhuǎn)速開環(huán)控制,由異步電動機(jī)的機(jī)械特性圖可知,設(shè)定值為定子頻率也就是理想空載轉(zhuǎn)速,而電動機(jī)的實際轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)差率所決定,所以U/f恒定控制方式存在的穩(wěn)定誤差不能控制,故無法準(zhǔn)確控制電動機(jī)的實際轉(zhuǎn)速。

變頻器控制方式二:轉(zhuǎn)差頻率控制

  轉(zhuǎn)差頻率是施加于電動機(jī)的交流電源頻率與電動機(jī)速度的差頻率。根據(jù)異步電動機(jī)穩(wěn)定數(shù)學(xué)模型可知,當(dāng)頻率一定時,異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)差率,機(jī)械特性為直線。
轉(zhuǎn)差頻率控制就是通過控制轉(zhuǎn)差頻率來控制轉(zhuǎn)矩和電流。轉(zhuǎn)差頻率控制需要檢出電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,構(gòu)成速度閉環(huán),速度調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)差頻率,然后以電動機(jī)速度與轉(zhuǎn)差頻率之和作為變頻器的給定頻率。與U/f控制相比,其加減速特性和限制過電流的能力得到提高。另外,它有速度調(diào)節(jié)器,利用速度反饋構(gòu)成閉環(huán)控制,速度的靜態(tài)誤差小。然而要達(dá)到自動控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)控制,還達(dá)不到良好的動態(tài)性能。

變頻器控制方式三:矢量控制

  矢量控制,也稱磁場定向控制。它是70年代初由西德F.Blasschke等人首先提出,以直流電機(jī)和交流電機(jī)比較的方法闡述了這一原理。由此開創(chuàng)了交流電動機(jī)和等效直流電動機(jī)的先河。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)系下的定子交流電流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Ia1、Ib1,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)于直流電動機(jī)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)反變換實現(xiàn)對異步電動機(jī)的控制。矢量控制方法的出現(xiàn),使異步電動機(jī)變頻調(diào)速在電動機(jī)的調(diào)速領(lǐng)域里全方位的處于優(yōu)勢地位。但是,矢量控制技術(shù)需要對電動機(jī)參數(shù)進(jìn)行正確估算,如何提高參數(shù)的準(zhǔn)確性是一直研究的話題。

變頻器控制方式四:直接轉(zhuǎn)矩控制

  直接轉(zhuǎn)矩控制在很大程度上解決了矢量控制的不足,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)矩直接作為被控量來控制。轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)越性在于,轉(zhuǎn)矩控制是控制定子磁鏈,在本質(zhì)上并不需要轉(zhuǎn)速信息,控制上對除定子電阻外的所有電機(jī)參數(shù)變化魯棒性良好,所引入的定子磁鏈觀測器能很容易估算出同步速度信息,因而能方便的實現(xiàn)無速度傳感器,這種控制被稱為無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制。

變頻器控制方式五: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。

變頻器控制方式六: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現(xiàn)的。


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