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变频器的5种控制方式详解!

点击数:1041 更新时间:2019-5-15 14:33:12 Tag: 变频器维修 三菱变频器维修

    变频器是将工频电源(50Hz或60Hz)转换成各种频率的AC电源以实现电动机的变速操作的装置,其中控制电路完成对主电路的控制,并且 整流电路将交流电转换为直流电,直流电的中间电路使整流电路的输出平滑,逆变电路将直流电转换为交流电。 对于需要大量计算的诸如矢量控制逆变器的变频器,有时需要用于扭矩计算的CPU和一些相应的电路。 变频调速通过改变电动机定子绕组的电源频率来达到调速的目的。


变频器的分类

变频器的分类方法有多种:

按照主电路工作方式分类,可以分为电压型变频器和电流型变频器;

按照开关方式分类,可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器;

按照工作原理分类,可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等;

按照用途分类,可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

    变频器的工作原理:


    我们知道,交流电动机的同步转速表达式位:

n=60 f(1-s)/p (1)

    式中
    n———异步电动机的转速;
    f———异步电动机的频率;
    s———电动机转差率;
    p———电动机极对数。
    由式(1)可知,转速n与频率f成正比,只要改变频率f即可改变电动机的转速,当频率f在0~50Hz的范围内变化时,电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的,是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

变频器接线图

变频器控制方式

    低压通用变频输出电压为380~650V,输出功率为0.75~400kW,工作频率为0~400Hz,它的主电路都采用交—直—交电路。其控制方式经历了以下四代。

1U/f=C的正弦脉宽调制(SPWM)控制方式
    本实用新型的优点是控制电路结构简单,成本低,机械性能好,能满足一般传动平稳调速的要求,并广泛应用于各种领域。 行业。 然而,在低频模式中,转矩受到低频下定子电阻的电压降的影响,从而减小了输出的最大转矩。


    另外,其机械特性没有直流电机硬,动态转矩能力和静态调速性能都不尽如人意,且系统性能不高,控制曲线会随负载变化而变化,转矩响应慢, 电动机转动力矩利用率不高,由于定子电阻的存在和逆变器低速的死区效应,性能下降,稳定性恶化。 因此,人们也研究了矢量控制频率控制。


电压空间矢量(SVPWM)控制方式

    它基于三相波形的整体生成效果的前提。 为了接近电动机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹,一次产生三相调制波形,并且用圆圈逼近内接多边形。


    经过实践,它得到了改进,即频率补偿的引入可以消除速度控制的误差; 通过反馈估算磁链的大小,消除低速时定子电阻的影响; 关闭输出电压和电流,以提高动态精度和稳定性。 然而,有许多控制电路连接并且没有引入扭矩调节,因此系统性能没有得到根本改善。


矢量控制(VC)方式

      矢量控制变频调速方法是使三相坐标系中异步电动机的定子电流Ia,Ib,Ic通过三相两相变换,相当于交流电流Ia1Ib1。 两相静止坐标系,然后通过根据转子磁场定向旋转变换,相当于同步旋转坐标系中的直流电流Im1,It1(Im1相当于直流电机的励磁电流; It1相当于 电枢电流与转矩成正比),然后模拟直流电动机控制方法得到直流电动机的控制量,并通过相应坐标的逆变换实现异步电动机的控制。

    其实质是交流电机相当于直流电机,速度和磁场的两个组成部分是独立控制的。 通过控制转子磁链然后分解定子电流,获得转矩和磁场的两个分量,并进行坐标变换以实现正交或解耦控制。 所提出的矢量控制方法具有划时代的意义。 然而,在实际应用中,由于转子磁链很难准确观察,系统特性受电机参数的影响很大,等效直流电机控制过程中使用的矢量旋转变换复杂,使实际控制效果难以实现理想的分析结果。


直接转矩控制(DTC)方式
    1985年,德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。 该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的缺点,并以新颖的控制思想,简单明了的系统结构,优异的动静态性能得到了迅速发展。

    目前,该技术已成功应用于电力机车牵引的大功率交流传动。 直接转矩控制直接分析定子坐标系中交流电机的数学模型,控制电机的磁链和转矩。 它不需要交流电动机等同于直流电动机,从而消除了矢量旋转变换中的许多复杂计算; 它不需要控制直流电动机,也不需要简化交流电动机的数学模型来进行去耦。

矩阵式交—交控制方式
    VVVF变频,矢量控制变频,直接转矩控制变频均为AC-DC-AC变频之一。 常见的缺点是低输入功率因数,大谐波电流,用于DC电路的大容量存储电容器,并且再生能量不能反馈到电网,即,四象限操作是不可能的。


    为此,矩阵式AC-AC变频应运而生。 由于矩阵型AC-AC频率转换消除了中间DC链路,因此省略了庞大且昂贵的电解电容器。 它可以实现l的功率因数,输入电流是正弦的并且可以在四个象限中操作,并且系统具有高功率密度。 虽然该技术尚未成熟,但仍然吸引了许多学者深入研究。 本质上不是间接控制电流,磁链等,而是直接作为控制量来实现扭矩。

 


    - 具体方法是:


    控制定子磁链进入定子磁链观测器,实现无速度传感器接近;


    自动识别(ID)依赖于精确的电机数学模型来自动识别电机参数;


    根据定子阻抗,互感,磁饱和系数,惯性等计算实际值,实时计算实际转矩,定子磁链和转子转速;


    Band-Band控制实现了由磁链控制和扭矩产生的PWM信号,并控制逆变器开关的状态。

    Matrix AC-AC具有快速扭矩响应(<2ms),高速精度(±2%,无PG反馈),高扭矩精度(<+ 3%),高启动力矩和高扭矩精度,尤其是在低速时 速度(包括0速),可输出150%~200%的扭矩。


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