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變頻控制方式的變遷

2023-05-19 21:57:20

在實(shí)際調速過(guò)程中,一個(gè)普通的頻率可調的交流電源并不能滿(mǎn)足對異步電動(dòng)機進(jìn)行調速控制的要求,還必須考慮到有效利用電動(dòng)機磁場(chǎng)、抑制啟動(dòng)電流和得到理想的轉矩特性,如低頻轉矩特性等方面的問(wèn)題。


為了得到較為理想的變頻調速效果,在變頻控制技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中采用了V/f控制方式、轉差頻率控制方式、矢量控制方式和直接轉矩控制方式等。


1、變頻控制方式之V/f控制

V/f控制方式就是指在變頻調速過(guò)程中,為了保持主磁通的恒定而保證電動(dòng)機出力,電壓和頻率的比值保持一定,即V/f=常數的控制方式。如對于380V、50Hz電動(dòng)機,當運行頻率為40Hz時(shí),要保持V/f恒定,則40Hz時(shí)電動(dòng)機的供電電壓為380×(40/50)=304V。


這種變頻器的性?xún)r(jià)比較高,被廣泛使用于以節能為目的和對速度精度要求不高的各種場(chǎng)合中,是變頻器的基本控制方式。但在速度控制方面不能給出滿(mǎn)意的控制性能,并且在輸出頻率較低時(shí),因輸出電壓下降,定子繞組電流減小,電動(dòng)機轉矩不足,需將輸出電壓適當提高,以提高電動(dòng)機轉矩,,進(jìn)行轉矩補償。


2、變頻控制方式之轉差頻率控制

這是一種進(jìn)行速度反饋控制的閉環(huán)控制方式,其動(dòng)、靜態(tài)性能都優(yōu)于V/f控制方式,因此,可以應用于對速度和精度有較高要求的各種調速系統。但是,因為采用這種控制方式的變頻器在控制性能上比矢量控制變頻器差,而兩者硬件電路的復雜程度又相當,所以目前采用轉差頻率控制方式的變頻器已基本上被矢量控制變頻器所取。


3、變頻控制方式之矢量控制

矢量控制,也稱(chēng)磁場(chǎng)定向控制。20世紀70年代初由西德F·Blasschke等人首先提出,并以直流電動(dòng)機和交流電動(dòng)機比較的方法闡述了這一原理。


該方式模仿直流電動(dòng)機的控制方法,采用矢量坐標變換,將異步電動(dòng)機的定子電流分為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量(勵磁電流)和垂直的產(chǎn)生轉矩的電流分量(轉矩電流),同時(shí)控制異步電動(dòng)機定子電流的幅值和相位,即控制定子電流矢量,故稱(chēng)為矢量控制方式。該控制方式

保持了電動(dòng)機磁通的恒定,進(jìn)而達到良好的轉矩控制性能,實(shí)現高性能控制。


矢量控制方法的出現,使異步電動(dòng)機變頻調速在電動(dòng)機的調速領(lǐng)域里全方位的處于優(yōu)勢地位。它有許多優(yōu)點(diǎn),可以從零轉速進(jìn)行控制,調速范圍寬,可以對轉矩進(jìn)行精確控制,系統響應速度快,加/減速性能好。因此,該控制方式被廣泛應用在調速性能要求較高的調速系統中。但是,矢量控制技術(shù)需要對電動(dòng)機參數進(jìn)行正確估算,如何提高參數的準確性是一直研究的話(huà)題。


4、變頻控制方式之直接轉矩控制

直接轉矩控制技術(shù),是利用空間矢量、定子磁場(chǎng)定向的分析方法,直接在定子坐標系下分析異步電動(dòng)機的數學(xué)模型,計算與控制異步電動(dòng)機的磁鏈和轉矩,采用離散的兩點(diǎn)式調節器(Band-Band控制),把轉矩檢測值與轉矩給定值作比較,使轉矩波動(dòng)限制在一定的容差范圍內,容差的大小由頻率調節器來(lái)控制,并產(chǎn)生PWM脈寬調制信號,直接對逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制,以獲得高動(dòng)態(tài)性能的轉矩輸出。它的控制效果不取決于異步電動(dòng)機的數學(xué)模型是否能夠簡(jiǎn)化,而是取決于轉矩的實(shí)際狀況。它不需要將交流電動(dòng)機與直流電動(dòng)機作比較、等效、轉化,即不需要模仿直流電動(dòng)機的控制。因為它省掉了矢量變換方式的坐標變換與計算和為解耦而簡(jiǎn)化異步電動(dòng)機數學(xué)模型,沒(méi)有通常的PWM脈寬調制信號發(fā)生器,所以它的控制結構簡(jiǎn)單、控制信號處理的物理概念明確、系統的轉矩響應迅速且無(wú)超調,是一種具有高靜、動(dòng)態(tài)性能的交流調速方式。與矢量控制方式比較,直接轉矩控制磁場(chǎng)定向所用的是定制磁鏈,它采用離散的電壓狀態(tài)和六邊形磁鏈軌跡或近似圓形磁鏈軌跡概念。只要知道釘子電阻就可以把它觀(guān)測出來(lái)。而矢量控制磁場(chǎng)定向所用的就是轉子磁鏈,觀(guān)測轉子磁鏈需要知道電動(dòng)機轉子電阻和電感。因此,直接轉矩控制大大減小了矢量控制技術(shù)中控制性能易受參數變化影響的問(wèn)題。


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