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變頻器常見的控制方式

變頻器控制電機(jī)是根據(jù)電機(jī)的特性參數(shù)和電機(jī)運(yùn)行要求，控制電機(jī)提供的電壓、電流和頻率，以滿足負(fù)載要求。所以就像VFD的主電路一樣，逆變元件是一樣的，單片機(jī)位數(shù)也是一樣的，只是控制方式不同，其控制效果也不同。所以控制方式很重要。代表了 變頻器的水平。變頻器目前對電機(jī)的控制方法大致可以分為U/f恒定控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制和非線性控制。

U/f常數(shù)控制

U/f控制是在改變電機(jī)電源頻率的同時，改變電機(jī)電源的電壓，使電機(jī)的磁通保持恒定，在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)，電機(jī)的效率和功率因數(shù)不會下降。因為是控制電壓與頻率的比值，所以叫U/f控制。恒定U/f控制的主要問題是低速時性能差。當(dāng)轉(zhuǎn)速極低時，電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o法克服較大的靜摩擦力，無法適當(dāng)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化。其次，不能精確控制電機(jī)的實際速度。由于恒U/f VFD是開環(huán)速度控制，從異步電機(jī)的機(jī)械特性圖可以看出，設(shè)定值是定子頻率，即理想空載轉(zhuǎn)速，而電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速是由轉(zhuǎn)差率決定的，所以無法控制U/f恒控制方式存在的穩(wěn)定性誤差，因此無法精確控制電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)差頻率控制

轉(zhuǎn)差頻率是應(yīng)用于電機(jī)的交流電源頻率和電機(jī)速度之間的差頻。根據(jù)異步電動機(jī)穩(wěn)定性的數(shù)學(xué)模型，當(dāng)頻率一定時，異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率成正比，機(jī)械特性呈線性。

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)差頻率控制需要檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速，形成速度閉環(huán)。調(diào)速器的輸出是轉(zhuǎn)差頻率，然后將電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差頻率之和作為VFD的給定頻率。與U/f控制相比，它的加減速特性和限制過電流的能力都有所提高。另外它有速度調(diào)節(jié)器，利用速度反饋形成閉環(huán)控制，速度靜態(tài)誤差小。然而，要實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制，良好的動態(tài)性能是無法實現(xiàn)的。

矢量控制

矢量控制，也稱為磁場定向控制。它是由西德的F.Blasschke等人在20世紀(jì)70年代初首先提出的，并通過對比DC電機(jī)和交流電機(jī)闡述了這一原理。因此，它開創(chuàng)了交流電機(jī)和等效的DC電機(jī)。矢量變頻調(diào)速的方法是在三相坐標(biāo)系下比較異步電動機(jī)的定子交流電流Ia、Ib、Ic。通過三相到兩相變換，等效為兩相靜止坐標(biāo)系中的交流電流Ia1和Ib1，再根據(jù)轉(zhuǎn)子磁場通過定向旋轉(zhuǎn)變換，等效為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的DC電流Im1和It1(Im1等效為DC電機(jī)的勵磁電流，It1等效為DC電機(jī)的電樞電流)。然后，通過模仿DC電機(jī)的控制方法得到DC電機(jī)的控制量，并通過相應(yīng)的坐標(biāo)逆變換對異步電機(jī)進(jìn)行控制。矢量控制方法的出現(xiàn)使異步電機(jī)變頻調(diào)速在電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域處于全面主導(dǎo)地位。然而，矢量控制技術(shù)需要正確估計電機(jī)參數(shù)，如何提高參數(shù)的精度一直是研究的課題。

直接轉(zhuǎn)矩控制

1985年，德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制理論。這項技術(shù)在很大程度上解決了矢量控制的不足。不是通過控制電流和磁鏈來間接控制轉(zhuǎn)矩，而是直接控制轉(zhuǎn)矩作為控制量。轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)勢在于轉(zhuǎn)矩控制是控制定子磁鏈，本質(zhì)上不需要速度信息，對除定子電阻外的所有電機(jī)參數(shù)都具有魯棒性。引入的定子磁鏈觀測器可以方便地估計同步速度信息，從而可以方便地實現(xiàn)無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制。