技术杂谈:变频器的控制方式及应用选型

变频技能是应沟通电机无级调速的需求而诞生的。20世纪60年代今后,电力电子器材阅历了SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MGT(MOS操控晶体管)、MCT(MOS操控晶闸管)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)的发展过程,器材的更新促进了电力电子改换技能的不断发展。20世纪70年代开端,脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研讨引起了大家的高度重视。20世纪80年代,作为变频技能中心的PWM形式优化疑问吸引着大家的浓厚兴趣,并得出许多优化形式,其间以鞍形波PWM形式作用最好。20世纪80年代后半期开端,美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并取得了广泛使用。

2 变频器操控办法
低压通用变频输出电压为380~650V,输出功率为0.75~400kW,作业频率为0~400Hz,它的主电路都选用交直交电路。其操控办法阅历了以下四代。
2.1U/f=C的正弦脉宽调制(SPWM)操控办法
其特点是操控电路构造简略、本钱较低,机械特性硬度也较好,可以满足通常传动的滑润调速请求,已在工业的各个领域得到广泛使用。可是,这种操控办法在低频时,因为输出电压较低,转矩受定子电阻压降的影响比较显著,使输出最大转矩减小。别的,其机械特性毕竟没有直流电动机硬,动态转矩才能和静态调速功能都还不尽如人意,且体系功能不高、操控曲线会随负载的改变而改变,转矩呼应慢、电机转矩利用率不高,低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而功能降低,安稳性变差等。因此大家又研讨出矢量操控变频调速。
2.2电压空间矢量(SVPWM)操控办法
它是以三相波形全体生成作用为条件,以迫临电机气隙的抱负圆形旋转磁场轨迹为目的,一次生成三相调制波形,以内切多边形迫临圆的办法进行操控的。经实践运用后又有所改进,即引进频率抵偿,能消除速度操控的差错;经过反应预算磁链幅值,消除低速时定子电阻的影响;将输出电压、电流闭环,以进步动态的精度和安稳度。但操控电路环节较多,且没有引进转矩的调理,所以体系功能没有得到底子改进。
2.3矢量操控(VC)办法
矢量操控变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、经过三相-二相改换,等效成两相停止坐标系下的沟通电流Ia1Ib1,再经过按转子磁场定向旋转改换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流;It1相当于与转矩成正比的电枢电流),然后仿照直流电动机的操控办法,求得直流电动机的操控量,经过相应的坐标反改换,完成对异步电动机的操控。其实质是将沟通电动机等效为直流电动机,分别对速度,磁场两个重量进行独立操控。经过操控转子磁链,然后分解定子电流而取得转矩和磁场两个重量,经坐标改换,完成正交或解耦操控。矢量操控办法的提出具有划时代的含义。然而在实践使用中,因为转子磁链难以精确观测,体系特性受电动机参数的影响较大,且在等效直流电动机操控过程中所用矢量旋转改换较杂乱,使得实践的操控作用难以达到抱负剖析的成果。
2.4直接转矩操控(DTC)方法
1985年,德国鲁尔大学的DePenbrock教授初次提出了直接转矩操控变频技能。该技能在很大程度上解决了上述矢量操控的不足,并以新颖的操控思维、简洁明了的体系构造、优秀的动静态功能得到了迅速发展。现在,该技能已成功地应用在电力机车牵引的大功率沟通传动上。
直接转矩操控直接在定子坐标系下剖析沟通电动机的数学模型,操控电动机的磁链和转矩。它不需求将沟通电动机等效为直流电动机,因此省去了矢量旋转改换中的很多杂乱核算;它不需求仿照直流电动机的操控,也不需求为解耦而简化沟通电动机的数学模型。
2.5矩阵式交—交操控方法
VVVF变频、矢量操控变频、直接转矩操控变频都是交-直-交变频中的一种。其一起缺陷是输入功率因数低,谐波电流大,直流电路需求大的储能电容,再生能量又不能反应回电网,即不能进行四象限运转。为此,矩阵式交-交变频应运而生。因为矩阵式交-交变频省去了中心直流环节,然后省去了体积大、报价贵的电解电容。它能完成功率因数为l,输入电流为正弦且能四象限运转,体系的功率密度大。该技能现在虽没有老练,但仍吸引着众多的专家深入研究。其实质不是间接的操控电流、磁链等量,而是把转矩直接作为被操控量来完成的。具体方法是:
——操控定子磁链引入定子磁链观测器,完成无速度传感器方法;
——自动识别(ID)依靠精确的电机数学模型,对电机参数自动识别;
——算出实践值对应定子阻抗、互感、磁饱满要素、惯量等算出实践的转矩、定子磁链、转子速度进行实时操控;
——完成Band—Band操控按磁链和转矩的Band-Band操控发生PWM信号,对逆变器开关状况进行操控。
矩阵式交—交变频具有迅速的转矩呼应(<2ms),很高的速度精度(±2%,无PG反应),高转矩精度(<+3%);一起还具有较高的起动转矩及高转矩精度,尤其在低速时(包含0速度时),可输出150%~200%转矩。


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