四种不同变频控制方式的原理和特点
网络整理 2021-04-02

在实际调速过程中,一个普通的频率可调的交流电源并不能满足对异步电动机进行调速控制的要求,还必须考虑到有效利用电动机磁场、抑制启动电流和得到理想的转矩特性,如低频转矩特性等方面的问题。

为了得到较为理想的变频调速效果,在变频控制技术的发展过程中采用了V/f控制方式、转差频率控制方式、矢量控制方式和直接转矩控制方式等。

1、变频控制方式之V/f控制
V/f控制方式就是指在变频调速过程中,为了保持主磁通的恒定而保证电动机出力,电压和频率的比值保持一定,即V/f=常数的控制方式。如对于380V、50Hz电动机,当运行频率为40Hz时,要保持V/f恒定,则40Hz时电动机的供电电压为380×(40/50)=304V。

这种变频器的性价比较高,被广泛使用于以节能为目的和对速度精度要求不高的各种场
合中,是变频器的基本控制方式。但在速度控制方面不能给出满意的控制性能,并且在输出频率较低时,因输出电压下降,定子绕组电流减小,电动机转矩不足,需将输出电压适当提高,以提高电动机转矩,,进行转矩补偿。

2、变频控制方式之转差频率控制
这是一种进行速度反馈控制的闭环控制方式,其动、静态性能都优于V/f控制方式,因此,可以应用于对速度和精度有较高要求的各种调速系统。但是,因为采用这种控制方式的变频器在控制性能上比矢量控制变频器差,而两者硬件电路的复杂程度又相当,所以目前采用转差频率控制方式的变频器已基本上被矢量控制变频器所取。

3、变频控制方式之矢量控制
矢量控制,也称磁场定向控制。20世纪70年代初由西德F·Blasschke等人首先提出,并以直流电动机和交流电动机比较的方法阐述了这一原理。

该方式模仿直流电动机的控制方法,采用矢量坐标变换,将异步电动机的定子电流分为产生磁场的电流分量(励磁电流)和垂直的产生转矩的电流分量(转矩电流),同时控制异步电动机定子电流的幅值和相位,即控制定子电流矢量,故称为矢量控制方式。该控制方式
保持了电动机磁通的恒定,进而达到良好的转矩控制性能,实现高性能控制。

矢量控制方法的出现,使异步电动机变频调速在电动机的调速领域里全方位的处于优势地位。它有许多优点,可以从零转速进行控制,调速范围宽,可以对转矩进行精确控制,系统响应速度快,加/减速性能好。因此,该控制方式被广泛应用在调速性能要求较高的调速系统中。但是,矢量控制技术需要对电动机参数进行正确估算,如何提高参数的准确性是一直研究的话题。

4、变频控制方式之直接转矩控制
1985年,德国鲁尔大学的Depenbrock教授首次提出了直接转矩控制理论,该技术在很大程度上解决了矢量控制的不足,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来控制,强调的是转矩的直接控制与效果。

直接转矩控制技术,是利用空间矢量、定子磁场定向的分析方法,直接在定子坐标系下分析异步电动机的数学模型,计算与控制异步电动机的磁链和转矩,采用离散的两点式调节器(Band-Band控制),把转矩检测值与转矩给定值作比较,使转矩波动限制在一定的容差范围内,容差的大小由频率调节器来控制,并产生PWM脉宽调制信号,直接对逆变器的开关状态进行控制,以获得高动态性能的转矩输出。它的控制效果不取决于异步电动机的数学模型是否能够简化,而是取决于转矩的实际状况。它不需要将交流电动机与直流电动机作比较、等效、转化,即不需要模仿直流电动机的控制。因为它省掉了矢量变换方式的坐标变换与计算和为解耦而简化异步电动机数学模型,没有通常的PWM脉宽调制信号发生器,所以它的控制结构简单、控制信号处理的物理概念明确、系统的转矩响应迅速且无超调,是一种具有高静、动态性能的交流调速方式。与矢量控制方式比较,直接转矩控制磁场定向所用的是定制磁链,它采用离散的电压状态和六边形磁链轨迹或近似圆形磁链轨迹概念。只要知道钉子电阻就可以把它观测出来。而矢量控制磁场定向所用的就是转子磁链,观测转子磁链需要知道电动机转子电阻和电感。因此,直接转矩控制大大减小了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题。

网在本文介绍了四种不同变频控制方式的原理和特点,仪表从业人员也应该对此有所了解,对提升自动化过程控制中的变频应用技能大有帮助。

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