變頻器的5種控制方式詳解！

   變頻器是將工頻電源（50Hz或60Hz）轉(zhuǎn)換成各種頻率的AC電源以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變速操作的裝置，其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，并且 整流電路將交流電轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為交流電。 對(duì)于需要大量計(jì)算的諸如矢量控制逆變器的變頻器，有時(shí)需要用于扭矩計(jì)算的CPU和一些相應(yīng)的電路。 變頻調(diào)速通過改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的電源頻率來達(dá)到調(diào)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(guān)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(zhuǎn)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(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位：

n＝60 f(1－s)/p (1)

    式中
    n———異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；
    f———異步電動(dòng)機(jī)的頻率；
    s———電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；
    p———電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。
  由式(1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。

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(jīng)歷了以下四代。
1U/f=C的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式
  本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，機(jī)械性能好，能滿足一般傳動(dòng)平穩(wěn)調(diào)速的要求，并廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。 行業(yè)。 然而，在低頻模式中，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩。
  另外，其機(jī)械特性沒有直流電機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高，控制曲線會(huì)隨負(fù)載變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢， 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(qū)效應(yīng)，性能下降，穩(wěn)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(dòng)機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡，一次產(chǎn)生三相調(diào)制波形，并且用圓圈逼近內(nèi)接多邊形。
  經(jīng)過實(shí)踐，它得到了改進(jìn)，即頻率補(bǔ)償?shù)囊肟梢韵俣瓤刂频恼`差; 通過反饋估算磁鏈的大小，消除低速時(shí)定子電阻的影響; 關(guān)閉輸出電壓和電流，以提高動(dòng)態(tài)精度和穩(wěn)定性。 然而，有許多控制電路連接并且沒有引入扭矩調(diào)節(jié)，因此系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。
矢量控制(VC)方式

      矢量控制變頻調(diào)速方法是使三相坐標(biāo)系中異步電動(dòng)機(jī)的定子電流Ia，Ib，Ic通過三相兩相變換，相當(dāng)于交流電流Ia1Ib1。 兩相靜止坐標(biāo)系，然后通過根據(jù)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，相當(dāng)于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流電流Im1，It1（Im1相當(dāng)于直流電機(jī)的勵(lì)磁電流; It1相當(dāng)于 電樞電流與轉(zhuǎn)矩成正比），然后模擬直流電動(dòng)機(jī)控制方法得到直流電動(dòng)機(jī)的控制量，并通過相應(yīng)坐標(biāo)的逆變換實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的控制。

  其實(shí)質(zhì)是交流電機(jī)相當(dāng)于直流電機(jī)，速度和磁場(chǎng)的兩個(gè)組成部分是獨(dú)立控制的。 通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈然后分解定子電流，獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)的兩個(gè)分量，并進(jìn)行坐標(biāo)變換以實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。 所提出的矢量控制方法具有劃時(shí)代的意義。 然而，在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈很難準(zhǔn)確觀察，系統(tǒng)特性受電機(jī)參數(shù)的影響很大，等效直流電機(jī)控制過程中使用的矢量旋轉(zhuǎn)變換復(fù)雜，使實(shí)際控制效果難以實(shí)現(xiàn)理想的分析結(jié)果。

直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式
    1985年，德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。 該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的缺點(diǎn)，并以新穎的控制思想，簡單明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。

   目前，該技術(shù)已成功應(yīng)用于電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動(dòng)。 直接轉(zhuǎn)矩控制直接分析定子坐標(biāo)系中交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。 它不需要交流電動(dòng)機(jī)等同于直流電動(dòng)機(jī)，從而消除了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算; 它不需要控制直流電動(dòng)機(jī)，也不需要簡化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行去耦。
矩陣式交—交控制方式
    VVVF變頻，矢量控制變頻，直接轉(zhuǎn)矩控制變頻均為AC-DC-AC變頻之一。 常見的缺點(diǎn)是低輸入功率因數(shù)，大諧波電流，用于DC電路的大容量存儲(chǔ)電容器，并且再生能量不能反饋到電網(wǎng)，即，四象限操作是不可能的。
    為此，矩陣式AC-AC變頻應(yīng)運(yùn)而生。 由于矩陣型AC-AC頻率轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)l的功率因數(shù)，輸入電流是正弦的并且可以在四個(gè)象限中操作，并且系統(tǒng)具有高功率密度。 雖然該技術(shù)尚未成熟，但仍然吸引了許多學(xué)者深入研究。 本質(zhì)上不是間接控制電流，磁鏈等，而是直接作為控制量來實(shí)現(xiàn)扭矩。

    具體方法是：
    控制定子磁鏈進(jìn)入定子磁鏈觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)無速度傳感器接近;
    自動(dòng)識(shí)別（ID）依賴于精確的電機(jī)數(shù)學(xué)模型來自動(dòng)識(shí)別電機(jī)參數(shù);

根據(jù)定子阻抗，互感，磁飽和系數(shù)，慣性等計(jì)算實(shí)際值，實(shí)時(shí)計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)矩，定子磁鏈和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速;
   Band-Band控制實(shí)現(xiàn)了由磁鏈控制和扭矩產(chǎn)生的PWM信號(hào)，并控制逆變器開關(guān)的狀態(tài)。

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

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