变频器控制模式:
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,它的主电路都运用交?直?交电路。其控制模式历经了以下四代。
1、U/f=C的正弦脉宽调制(SPWM)控制模式:
其特征是控制电路结构简单、成本比较低,机械特点硬度也较好,能够符合一般传动的平滑调节速度要求,已在产业的每个领域获得广泛使用。可是,这种控制模式在低频时,由于输出电压比较低,转矩受定子电阻压降的影响比较显著,使输出最大转矩减少。另一方面,其机械特点终究没有直流电动机硬,动态转矩能力和静态调节速度性能都还不尽如人意,且系统性能不高、电气传动控制设备、控制曲线会随负荷的变换而变换,转矩响应慢、电机转矩运用率不高,低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降,稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调节速度。
2、矢量控制(VC)模式:
矢量控制变频调节速度的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、经过三相-二相变更,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1,再经过按转子磁场定向旋转变更,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1等于直流电动机的励磁电流;It1等于与转矩成正比的电枢电流),而后仿照直流电动机的控制办法,求得直流电动机的控制量,经过相对的坐标反变更,实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度,磁场两个分量进行独立控制。经过控制转子磁链,而后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变更,实现正交或解耦控制。矢量控制办法的提出具备划时代的意义。然而在实际运用中,由于转子磁链不太容易正确观测,系统特点受电动机参数的影响很大,且在等效直流电动机控制过程当中所用矢量旋转变更较繁杂,使得实际的电气传动控制设备功效不太容易达到理想理解的结果。
3、电压空间矢量(SVPWM)控制模式:
它是以三相波形总体生成功效为前提,以迫近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,一次生成三相调制波形,以内切多边形迫近圆的形式加以控制的。经实践使用后又有所改良,即引入频率补给,能驱除速度控制的误差;经过反馈估算磁链幅值,驱除低速时定子电阻的影响;将输出电压、电流闭环,以增强动态的精度和稳定度。但控制电路环节比较多,且没有引入转矩的调节,所以系统性能没有获得根本改善。
4、直接转矩控制(DTC)模式:
1985年,德国鲁尔大学的DePenbrock传授第一次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在一定程度上解决了上面说的矢量控制的不足,并以新奇的控制思想、简练明了的系统结构、优秀的动静态性能获得了迅速发展。当前,该技术已成功地应用于电力机车牵引的大功率交流传动上。
直接转矩控制直接在定子坐标系下理解交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机,因此省去了矢量旋转变更中的很多繁杂计算;它不需要仿照直流电动机的控制,也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。
5、矩阵式交—交控制模式:
VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频全都是交-直-交变频中的一种。其共同弱点是输入功率因数低,谐波电流大,直流电路需要大的储能电容,再生能量又无法反馈回电网,即无法进行四象限运行。因此,矩阵式交-交变频应运而生。由于矩阵式交-交变频省去了中间直流环节,进而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l,输入电流为正弦且能四象限运行,系统的功率密度大。该技术当前虽尚未成熟,但仍吸引着诸多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量,而是把转矩直接作为被控制量来实现的。
详细办法是:
电气传动控制设备控制定子磁链引入定子磁链观测器,实现无速度传感器模式;
自动辨认(ID)依赖准确的电机数学模型,对电机参数自动辨认;
算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和要素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制;
实现Band—Band控制按磁链和转矩的Band-Band控制产生PWM信号,对逆变器开关状态加以控制。
矩阵式交—交变频具备迅速的转矩响应(<2ms),很高的速度精度(±2%,无PG反馈),高转矩精度(<+3%);同时还具备比较高的起动转矩及高转矩精度,特别在低速时(囊括0速度时),可输出150%~200%转矩。
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