五種方式介紹德國(guó)LENZE變頻器的控制方式

變頻技術(shù)誕生背景是交流電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的廣泛需求。傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)因體積大故障率高而應(yīng)用受限。

20世紀(jì)60年代以后,，電力電子器件普遍應(yīng)用了晶閘管及其升級(jí)產(chǎn)品。但其調(diào)速性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足需要。1968年以丹佛斯為代表的高技術(shù)企業(yè)開(kāi)始批量化生產(chǎn)變頻器,，開(kāi)啟了變頻器工業(yè)化的新時(shí)代。 

20世紀(jì)70年代開(kāi)始,，脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM－VVVF)調(diào)速的研究得到突破,，20世紀(jì)80年代以后微處理器技術(shù)的完善使得各種優(yōu)化算法得以容易的實(shí)現(xiàn),。

那接下來(lái)我們?yōu)榇蠹規(guī)?lái)五種方式介紹德國(guó)LENZE變頻器的控制方式，具體內(nèi)容如下：

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,。  

一、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(jiǎn)單,、成本較低,，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求,，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,。但是，這種控制方式在低頻時(shí),，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(méi)有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)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(huì)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(shí)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,。  

二、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(chǎng)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(guò)反饋估算磁鏈幅值,，消除低速時(shí)定子電阻的影響；將輸出電壓,、電流閉環(huán),，以提高動(dòng)態(tài)的精度和穩(wěn)定度,。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒(méi)有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié),，所以系統(tǒng)性能沒(méi)有得到改善,。 

三、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(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia,、Ib,、Ic、通過(guò)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(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)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(dòng)機(jī)的勵(lì)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(dòng)機(jī)的控制方法,，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量,，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制,。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī),，分別對(duì)速度，磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制,。通過(guò)控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)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(shí)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(cè)，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大,，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過(guò)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。  

四,、直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式

1985年,，德國(guó)魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首提出了直接轉(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(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動(dòng)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(chē)牽引的大功率交流傳動(dòng)上,。 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī),，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算,；它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,。 

五,、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(chǔ)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(jià)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,，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(lái)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(cè)器,，實(shí)現(xiàn)無(wú)速度傳感器方式,； 

2、自動(dòng)識(shí)別(ID)依靠精確的電機(jī)數(shù)學(xué)模型,，對(duì)電機(jī)參數(shù)自動(dòng)識(shí)別,； 

3、算出實(shí)際值對(duì)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(shí)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(hào),，對(duì)逆變器開(kāi)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(wú)PG反饋),，高轉(zhuǎn)矩精度(<+3%)；同時(shí)還具有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及高轉(zhuǎn)矩精度,，尤其在低速時(shí)(包括0速度時(shí)),，可輸出150%～200%轉(zhuǎn)矩。