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变频器技术科普:无速度传感器的矢量控制技术

控制策略和调制策略是提高变频器性能的一些技术和方法。这些方法可以在通用硬件平台上用软件实现,有利于模块化和集成化。以下我将介绍一种基于无速度传感器的矢量控制技术

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对于高性能的交流调速系统,速度闭环是必不可少的,而速度闭环需要实时的电机转速。目前,检测速度反馈大多采用光电脉冲编码器、旋转变压器或测速发电机。速度传感器价格昂贵,明显增加了系统的硬件成本。对环境的适应性不强,不利于在高温或振动场合使用;信号传输距离有限,无法在长途线路中可靠工作。因此,对无速度传感器交流调速系统的研究对于提高系统的可靠性、环境适应性以及进一步扩大交流调速系统的应用范围具有重要意义,并已成为近年来国内外学术界和工程界的研究热点。


无速度传感器控制的最终目标是同时精确估计电机速度、转子磁链和电机参数。有许多方法可以估算电机速度和磁链。基于理想模型的观测估计方法包括:开环磁链估计和带补偿的磁链估计;参考自适应方法(MRAS);闭环观测器方法。基于非理想特性的方法包括:利用齿谐波信号的速度识别方法;高频旋转喷射转子凸极检测法:泄漏脉动检测法;Dq阻抗微分定向法:饱和凸极检测法。检测电机参数有两种方法:离线检测和在线检测。


有几种无速度传感器矢量控制技术正在实施中。


特别是它们对系统的控制性能和控制精度有着非常重要的影响。这些方面是:


(1)电流和电压信号检测及信号处理技术


其中,信号处理技术主要是如何对检测到的电流、电压信号进行有效、准确的滤波,使有效信号重现,没有幅度衰减和相位滞后。实用的方法有简化的扩展卡尔曼滤波、形态滤波等。


(2)定子电阻的在线调整


电机运行时,定子电阻值随温度升高变化较大,最大变化可达额定值的150%。如何在线检测定子电阻,同时调整相应的控制量,对系统的性能至关重要。


(3)死区效应补偿技术


(4)建立精确的动态电机模型。


或者在线和离线测得的电机参数只在某一时刻获得。如果运行中参数发生变化,应相应改变电机的型号,以达到最佳控制效果。目前,模型参考自适应方法被广泛应用于实际研究中。


(5)逆变器模型的重构。


这项技术主要是针对极端情况下的0Hz操作而提出的。在这种情况下,应该考虑功率器件的饱和压降和集电极电流之间的时间关系。

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