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變頻器的5種控制方式詳解!

點擊數:300 更新時間:2019-5-15 14:33:12 Tag: 變頻器維修 三菱變頻器維修

    變頻器是將工頻電源(50Hz或60Hz)轉換成各種頻率的AC電源以實現電動機的變速操作的裝置,其中控制電路完成對主電路的控制,并且 整流電路將交流電轉換為直流電,直流電的中間電路使整流電路的輸出平滑,逆變電路將直流電轉換為交流電。 對于需要大量計算的諸如矢量控制逆變器的變頻器,有時需要用于扭矩計算的CPU和一些相應的電路。 變頻調速通過改變電動機定子繞組的電源頻率來達到調速的目的。


變頻器的分類

變頻器的分類方法有多種:

按照主電路工作方式分類,可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器;

按照開關方式分類,可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器;

按照工作原理分類,可以分為V/f控制變頻器、轉差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等;

按照用途分類,可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。

    變頻器的工作原理:


    我們知道,交流電動機的同步轉速表達式位:

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

    式中
    n———異步電動機的轉速;
    f———異步電動機的頻率;
    s———電動機轉差率;
    p———電動機極對數。
    由式(1)可知,轉速n與頻率f成正比,只要改變頻率f即可改變電動機的轉速,當頻率f在0~50Hz的范圍內變化時,電動機轉速調節范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的,是一種理想的高效率、高性能的調速手段。

變頻器接線圖

變頻器控制方式

    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。

1U/f=C的正弦脈寬調制(SPWM)控制方式
    本實用新型的優點是控制電路結構簡單,成本低,機械性能好,能滿足一般傳動平穩調速的要求,并廣泛應用于各種領域。 行業。 然而,在低頻模式中,轉矩受到低頻下定子電阻的電壓降的影響,從而減小了輸出的最大轉矩。


    另外,其機械特性沒有直流電機硬,動態轉矩能力和靜態調速性能都不盡如人意,且系統性能不高,控制曲線會隨負載變化而變化,轉矩響應慢, 電動機轉動力矩利用率不高,由于定子電阻的存在和逆變器低速的死區效應,性能下降,穩定性惡化。 因此,人們也研究了矢量控制頻率控制。


電壓空間矢量(SVPWM)控制方式

    它基于三相波形的整體生成效果的前提。 為了接近電動機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡,一次產生三相調制波形,并且用圓圈逼近內接多邊形。


    經過實踐,它得到了改進,即頻率補償的引入可以消除速度控制的誤差; 通過反饋估算磁鏈的大小,消除低速時定子電阻的影響; 關閉輸出電壓和電流,以提高動態精度和穩定性。 然而,有許多控制電路連接并且沒有引入扭矩調節,因此系統性能沒有得到根本改善。


矢量控制(VC)方式

      矢量控制變頻調速方法是使三相坐標系中異步電動機的定子電流Ia,Ib,Ic通過三相兩相變換,相當于交流電流Ia1Ib1。 兩相靜止坐標系,然后通過根據轉子磁場定向旋轉變換,相當于同步旋轉坐標系中的直流電流Im1,It1(Im1相當于直流電機的勵磁電流; It1相當于 電樞電流與轉矩成正比),然后模擬直流電動機控制方法得到直流電動機的控制量,并通過相應坐標的逆變換實現異步電動機的控制。

    其實質是交流電機相當于直流電機,速度和磁場的兩個組成部分是獨立控制的。 通過控制轉子磁鏈然后分解定子電流,獲得轉矩和磁場的兩個分量,并進行坐標變換以實現正交或解耦控制。 所提出的矢量控制方法具有劃時代的意義。 然而,在實際應用中,由于轉子磁鏈很難準確觀察,系統特性受電機參數的影響很大,等效直流電機控制過程中使用的矢量旋轉變換復雜,使實際控制效果難以實現理想的分析結果。


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缺點,并以新穎的控制思想,簡單明了的系統結構,優異的動靜態性能得到了迅速發展。

    目前,該技術已成功應用于電力機車牽引的大功率交流傳動。 直接轉矩控制直接分析定子坐標系中交流電機的數學模型,控制電機的磁鏈和轉矩。 它不需要交流電動機等同于直流電動機,從而消除了矢量旋轉變換中的許多復雜計算; 它不需要控制直流電動機,也不需要簡化交流電動機的數學模型來進行去耦。

矩陣式交—交控制方式
    VVVF變頻,矢量控制變頻,直接轉矩控制變頻均為AC-DC-AC變頻之一。 常見的缺點是低輸入功率因數,大諧波電流,用于DC電路的大容量存儲電容器,并且再生能量不能反饋到電網,即,四象限操作是不可能的。


    為此,矩陣式AC-AC變頻應運而生。 由于矩陣型AC-AC頻率轉換消除了中間DC鏈路,因此省略了龐大且昂貴的電解電容器。 它可以實現l的功率因數,輸入電流是正弦的并且可以在四個象限中操作,并且系統具有高功率密度。 雖然該技術尚未成熟,但仍然吸引了許多學者深入研究。 本質上不是間接控制電流,磁鏈等,而是直接作為控制量來實現扭矩。

 


    - 具體方法是:


    控制定子磁鏈進入定子磁鏈觀測器,實現無速度傳感器接近;


    自動識別(ID)依賴于精確的電機數學模型來自動識別電機參數;


    根據定子阻抗,互感,磁飽和系數,慣性等計算實際值,實時計算實際轉矩,定子磁鏈和轉子轉速;


    Band-Band控制實現了由磁鏈控制和扭矩產生的PWM信號,并控制逆變器開關的狀態。

    Matrix AC-AC具有快速扭矩響應(<2ms),高速精度(±2%,無PG反饋),高扭矩精度(<+ 3%),高啟動力矩和高扭矩精度,尤其是在低速時 速度(包括0速),可輸出150%~200%的扭矩。


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