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美國羅克韋爾AB變頻器的控制方式

閱讀：1100 發(fā)布時間：2022-7-12

美國羅克韋爾AB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。

正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式

其特點是控制電路結(jié)構(gòu)簡單,、成本較低,，機械特性硬度也較好，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，其機械特性終究沒有直流電動機硬,，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、控制曲線會隨負載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢,、電機轉(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,。

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行控制的。經(jīng)實踐使用后又有所改進,，即引入頻率補償,，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)性能沒有得到改善,。

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在三相坐標系下的定子電流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)坐標系下的直流電流Im1、It1(Im1相當于直流電動機的勵磁電流,；It1相當于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流),，然后模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量,，經(jīng)過相應(yīng)的坐標反變換,，實現(xiàn)對異步電動機的控制。其實質(zhì)是將交流電動機等效為直流電動機,，分別對速度,，磁場兩個分量進行獨立控制。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)坐標變換,，實現(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,。然而在實際應(yīng)用中,，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準確觀測，系統(tǒng)特性受電動機參數(shù)的影響較大,，且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜,，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結(jié)果。

直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式

1985年,，德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授初次提出了直接轉(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)用在電力機車牽引的大功率交流傳動上,。直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數(shù)學(xué)模型,，控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動機等效為直流電動機,，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的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學(xué)模型,。

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),，即不能進行四象限運行。為此,，矩陣式交—交變頻應(yīng)運而生,。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,。它能實現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運行,，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，實現(xiàn)無速度傳感器方式,；

2,、自動識別(ID)依靠精確的電機數(shù)學(xué)模型，對電機參數(shù)自動識別,；

3,、算出實際值對應(yīng)定子阻抗、互感,、磁飽和因素,、慣量等算出實際的轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈,、轉(zhuǎn)子速度進行實時控制,；

4、實現(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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