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丹麥DANFOSS變頻器主要由整流(交流變直流),、濾波、逆變(直流變交流),、制動單元,、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成,。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率,根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓,,進(jìn)而達(dá)到節(jié)能,、調(diào)速的目的,另外,,變頻器還有很多的保護(hù)功能,如過流,、過壓,、過載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高,,變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。
130B1107丹麥DANFOSS變頻器的控制方式
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。
1.正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式
其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡單,、成本較低,,機(jī)械特性硬度也較好,,能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求,已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,。但是,,這種控制方式在低頻時,,由于輸出電壓較低,轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著,使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小,。另外,,其機(jī)械特性終究沒有直流電動機(jī)硬,動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意,,且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負(fù)載的變化而變化,,轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢,、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高,,低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降,穩(wěn)定性變差等,。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速,。
2.電壓空間矢量(SVPWM)控制方式
它是以三相波形整體生成效果為前提,,以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的,一次生成三相調(diào)制波形,,以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的,。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn),,即引入頻率補(bǔ)償,能消除速度控制的誤差,;通過反饋估算磁鏈幅值,消除低速時定子電阻的影響,;將輸出電壓,、電流閉環(huán),以提高動態(tài)的精度和穩(wěn)定度,。但控制電路環(huán)節(jié)較多,且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié),,所以系統(tǒng)性能沒有得到*,。
3.丹麥DANFOSS變頻器矢量控制(VC)方式
矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib,、Ic、通過三相-二相變換,,等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1Ib1,,再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換,等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1,、It1(Im1相當(dāng)于直流電動機(jī)的勵磁電流;It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流),,然后模仿直流電動機(jī)的控制方法,,求得直流電動機(jī)的控制量,經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換,,實(shí)現(xiàn)對異步電動機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動機(jī)等效為直流電動機(jī),,分別對速度,,磁場兩個分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈,,然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量,,經(jīng)坐標(biāo)變換,,實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義,。然而在實(shí)際應(yīng)用中,,由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測,系統(tǒng)特性受電動機(jī)參數(shù)的影響較大,,且在等效直流電動機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜,使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果,。
4.直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式丹麥DANFOSS變頻器
1985年,,德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授*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不足,,并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展,。該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動上,。 直接轉(zhuǎn)矩控制丹麥DANFOSS變頻器直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型,,控制電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動機(jī)等效為直流電動機(jī),,因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計算,;它不需要模仿直流電動機(jī)的控制,也不需要為解耦而簡化交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型,。
5.矩陣式交—交控制方式
VVVF變頻,、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種,。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低,諧波電流大,,直流電路需要大的儲能電容,再生能量又不能反饋回電網(wǎng),,即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此,,矩陣式交—交變頻應(yīng)運(yùn)而生,。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié),從而省去了體積大,、價格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為l,,輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行,丹麥DANFOSS變頻器系統(tǒng)的功率密度大,。該技術(shù)雖尚未成熟,,但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究,。其實(shí)質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量,而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實(shí)現(xiàn)的,。具體方法是:
1,、控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器,實(shí)現(xiàn)無速度傳感器方式,;
2、自動識別(ID)依靠電機(jī)數(shù)學(xué)模型,,對電機(jī)參數(shù)自動識別,;
3、算出實(shí)際值對應(yīng)定子阻抗,、互感、磁飽和因素,、慣量等算出實(shí)際的轉(zhuǎn)矩,、定子磁鏈、轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行實(shí)時控制,;
4,、實(shí)現(xiàn)Band—Band控制按磁鏈和轉(zhuǎn)矩的Band—Band控制產(chǎn)生PWM信號,,對逆變器開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。
矩陣式交—交變頻具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)(<2ms),,很高的速度精度(±2%,,無PG反饋),高轉(zhuǎn)矩精度(<+3%),;同時還具有較高的起動轉(zhuǎn)矩及高轉(zhuǎn)矩精度,尤其在低速時(包括0速度時),,可輸出150%~200%轉(zhuǎn)矩,。
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