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变频器的控制方式有哪几种?

变频器(以下简称-VFD)控制电机是根据电机的特性参数和电机运行要求,控制电机提供的电压、电流和频率,以满足负载要求。所以就像VFD的主电路一样,逆变元件是一样的,单片机位数也是一样的,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 VFD的水平。VFD目前对电机的控制方法大致可以分为U/f恒定控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制和非线性控制。

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U/f常数控制

U/f控制是在改变电机电源频率的同时,改变电机电源的电压,使电机的磁通保持恒定,在较宽的调速范围内,电机的效率和功率因数不会下降。因为是控制电压与频率的比值,所以叫U/f控制。恒定U/f控制的主要问题是低速时性能差。当转速极低时,电磁转矩无法克服较大的静摩擦力,无法适当调整电机的转矩补偿,适应负载转矩的变化。其次,不能精确控制电机的实际速度。由于恒U/f VFD是开环速度控制,从异步电机的机械特性图可以看出,设定值是定子频率,即理想空载转速,而电机的实际转速是由转差率决定的,所以无法控制U/f恒控制方式存在的稳定性误差,因此无法精确控制电机的实际转速。
转差频率控制

转差频率是应用于电机的交流电源频率和电机速度之间的差频。根据异步电动机稳定性的数学模型,当频率一定时,异步电动机的电磁转矩与转差率成正比,机械特性呈线性。

转差频率控制就是通过控制转差频率来控制转矩和电流。转差频率控制需要检测电机转速,形成速度闭环。调速器的输出是转差频率,然后将电机转速和转差频率之和作为VFD的给定频率。与U/f控制相比,它的加减速特性和限制过电流的能力都有所提高。另外它有速度调节器,利用速度反馈形成闭环控制,速度静态误差小。然而,要实现自动控制系统的稳态控制,良好的动态性能是无法实现的。

矢量控制

矢量控制,也称为磁场定向控制。它是由西德的F.Blasschke等人在20世纪70年代初首先提出的,并通过对比DC电机和交流电机阐述了这一原理。因此,它开创了交流电机和等效的DC电机。矢量变频调速的方法是在三相坐标系下比较异步电动机的定子交流电流Ia、Ib、Ic。通过三相到两相变换,等效为两相静止坐标系中的交流电流Ia1和Ib1,再根据转子磁场通过定向旋转变换,等效为同步旋转坐标系中的DC电流Im1和It1(Im1等效为DC电机的励磁电流,It1等效为DC电机的电枢电流)。然后,通过模仿DC电机的控制方法得到DC电机的控制量,并通过相应的坐标逆变换对异步电机进行控制。矢量控制方法的出现使异步电机变频调速在电机调速领域处于全面主导地位。然而,矢量控制技术需要正确估计电机参数,如何提高参数的精度一直是研究的课题。

直接转矩控制

1985年,德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制理论。这项技术在很大程度上解决了矢量控制的不足。不是通过控制电流和磁链来间接控制转矩,而是直接控制转矩作为控制量。转矩控制的优势在于转矩控制是控制定子磁链,本质上不需要速度信息,对除定子电阻外的所有电机参数都具有鲁棒性。引入的定子磁链观测器可以方便地估计同步速度信息,从而可以方便地实现无速度传感器直接转矩控制。

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