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        淺談變頻器的控制方式

        2019-05-22 11:40:32

        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。其控制方式經歷了以下四代。

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        正弦脈寬調制(SPWM)控制方式


        其特點是控制電路結構簡單、成本較低,機械特性硬度也較好,能夠滿足一般傳動的平滑調速要求,已在產業的各個領域得到廣泛應用。但是,這種控制方式在低頻時,由于輸出電壓較低,轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著,使輸出較大轉矩減小。另外,其機械特性終究沒有直流電動機硬,動態轉矩能力和靜態調速性能都還不盡如人意,且系統性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變化,轉矩響應慢、電機轉矩利用率不高,低速時因定子電阻和逆變器死區效應的存在而性能下降,穩定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調速。


        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,以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的,一次生成三相調制波形,以內切多邊形逼近圓的方式進行控制的。經實踐使用后又有所改進,即引入頻率補償,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,以提高動態的精度和穩定度。但控制電路環節較多,且沒有引入轉矩的調節,所以系統性能沒有得到根本改善。


        矢量控制(VC)方式


        矢量控制變頻調速的做法是將異步電動機在三相坐標系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相-二相變換,等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1Ib1,再通過按轉子磁場定向旋轉變換,等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im1、It1(Im1相當于直流電動機的勵磁電流;It1相當于與轉矩成正比的電樞電流),然后模仿直流電動機的控制方法,求得直流電動機的控制量,經過相應的坐標反變換,實現對異步電動機的控制。其實質是將交流電動機等效為直流電動機,分別對速度,磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉子磁鏈,然后分解定子電流而獲得轉矩和磁場兩個分量,經坐標變換,實現正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應用中,由于轉子磁鏈難以準確觀測,系統特性受電動機參數的影響較大,且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉變換較復雜,使得實際的控制效果難以達到理想分析的結果。


        直接轉矩控制(DTC)方式


        1985年,德國魯爾大學的DePenbrock教授首次提出了直接轉矩控制變頻技術。該技術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、簡潔明了的系統結構、優良的動靜態性能得到了迅速發展。該技術已成功地應用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。 直接轉矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型,控制電動機的磁鏈和轉矩。它不需要將交流電動機等效為直流電動機,因而省去了矢量旋轉變換中的許多復雜計算;它不需要模仿直流電動機的控制,也不需要為解耦而簡化交流電動機的數學模型。


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