變頻控制方式的變遷

在實(shí)際調(diào)速過程中，一個(gè)普通的頻率可調(diào)的交流電源并不能滿足對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的要求，還必須考慮到有效利用電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)、抑制啟動(dòng)電流和得到理想的轉(zhuǎn)矩特性，如低頻轉(zhuǎn)矩特性等方面的問題。

    為了得到較為理想的變頻調(diào)速效果，在變頻控制技術(shù)的發(fā)展過程中采用了V/f控制方式、轉(zhuǎn)差頻率控制方式、矢量控制方式和直接轉(zhuǎn)矩控制方式等。

1、變頻控制方式之V/f控制
V/f控制方式就是指在變頻調(diào)速過程中，為了保持主磁通的恒定而保證電動(dòng)機(jī)出力，電壓和頻率的比值保持一定，即V/f=常數(shù)的控制方式。如對(duì)于380V、50Hz電動(dòng)機(jī)，當(dāng)運(yùn)行頻率為40Hz時(shí)，要保持V/f恒定，則40Hz時(shí)電動(dòng)機(jī)的供電電壓為380×(40/50)=304V。

這種變頻器的性價(jià)比較高，被廣泛使用于以節(jié)能為目的和對(duì)速度精度要求不高的各種場(chǎng)合中，是變頻器的基本控制方式。但在速度控制方面不能給出滿意的控制性能，并且在輸出頻率較低時(shí)，因輸出電壓下降，定子繞組電流減小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩不足，需將輸出電壓適當(dāng)提高，以提高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。

2、變頻控制方式之轉(zhuǎn)差頻率控制
這是一種進(jìn)行速度反饋控制的閉環(huán)控制方式，其動(dòng)、靜態(tài)性能都優(yōu)于V/f控制方式，因此，可以應(yīng)用于對(duì)速度和精度有較高要求的各種調(diào)速系統(tǒng)。但是，因?yàn)椴捎眠@種控制方式的變頻器在控制性能上比矢量控制變頻器差，而兩者硬件電路的復(fù)雜程度又相當(dāng)，所以目前采用轉(zhuǎn)差頻率控制方式的變頻器已基本上被矢量控制變頻器所取。

3、變頻控制方式之矢量控制
矢量控制，也稱磁場(chǎng)定向控制。20世紀(jì)70年代初由西德F·Blasschke等人首先提出，并以直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)比較的方法闡述了這一原理。

該方式模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，采用矢量坐標(biāo)變換，將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流分為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量(勵(lì)磁電流)和垂直的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(轉(zhuǎn)矩電流)，同時(shí)控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流的幅值和相位，即控制定子電流矢量，故稱為矢量控制方式。該控制方式
保持了電動(dòng)機(jī)磁通的恒定，進(jìn)而達(dá)到良好的轉(zhuǎn)矩控制性能，實(shí)現(xiàn)高性能控制。

矢量控制方法的出現(xiàn)，使異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速在電動(dòng)機(jī)的調(diào)速領(lǐng)域里全方位的處于優(yōu)勢(shì)地位。它有許多優(yōu)點(diǎn)，可以從零轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，調(diào)速范圍寬，可以對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，加/減速性能好。因此，該控制方式被廣泛應(yīng)用在調(diào)速性能要求較高的調(diào)速系統(tǒng)中。但是，矢量控制技術(shù)需要對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行正確估算，如何提高參數(shù)的準(zhǔn)確性是一直研究的話題。

4、變頻控制方式之直接轉(zhuǎn)矩控制
     直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，是利用空間矢量、定子磁場(chǎng)定向的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下分析異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算與控制異步電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，采用離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器(Band-Band控制)，把轉(zhuǎn)矩檢測(cè)值與轉(zhuǎn)矩給定值作比較，使轉(zhuǎn)矩波動(dòng)限制在一定的容差范圍內(nèi)，容差的大小由頻率調(diào)節(jié)器來控制，并產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號(hào)，直接對(duì)逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，以獲得高動(dòng)態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩輸出。它的控制效果不取決于異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是否能夠簡(jiǎn)化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實(shí)際狀況。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)作比較、等效、轉(zhuǎn)化，即不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制。因?yàn)樗〉袅耸噶孔儞Q方式的坐標(biāo)變換與計(jì)算和為解耦而簡(jiǎn)化異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型，沒有通常的PWM脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器，所以它的控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制信號(hào)處理的物理概念明確、系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速且無超調(diào)，是一種具有高靜、動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速方式。與矢量控制方式比較，直接轉(zhuǎn)矩控制磁場(chǎng)定向所用的是定制磁鏈，它采用離散的電壓狀態(tài)和六邊形磁鏈軌跡或近似圓形磁鏈軌跡概念。只要知道釘子電阻就可以把它觀測(cè)出來。而矢量控制磁場(chǎng)定向所用的就是轉(zhuǎn)子磁鏈，觀測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈需要知道電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻和電感。因此，直接轉(zhuǎn)矩控制大大減小了矢量控制技術(shù)中控制性能易受參數(shù)變化影響的問題。