变频器的电机控制模式.ppt

变频器的电机控制模式
SSD 市场部
2005年11月
概述
变频器对电机有多种控制模式
不同的控制模式可以使变频器适用于各种类型的电机和机械,可以获得不同的静态和动态性能
电机控制模式包括:
开环V/F模式(两点或5点)
开环电压矢量控制模式(SVCU)
开环电流矢量控制模式(SVCI)
闭环速度控制模式(FVC)
转矩控制模式
同步电机控制模式
ENA系统
磁通矢量控制基础
异步电机的磁通矢量控制的概念来自于直流电机,尤其是他励式异步电机,结构如下图所示。
当直流电机的定子绕组两端加上电压后,在定子绕组中就会流过恒定的电流Id,称为励磁电流就会在定子和转子的气隙中产生按空间分布的磁场,但每极磁通是恒定的,记为f 。
f=Kf*Id
在电机的转子绕组(称为电枢)中如果通过电流Iq,即电枢电流。则其与气隙磁通f相作用,产生电磁转矩Tm,其关系为:
Tm=KT* f*Iq
而转子以转速n在定子磁场中切割产生的感应电势即电动势E为:
E=Ke *f*n
当然转子绕组中流过电枢电流也会影响气隙磁场的分布,气隙磁场实际上是定子电流产生的磁场与电枢电流产生的磁场之和。但是每极磁通值基本不受影响。
这样激磁电流,电枢电流,电动势,电磁转矩之间都是线性关系。
直流电机
磁通电流
电枢电流
s
r
磁通矢量控制基础
三相异步电机的定转子电流,电压,感应电势,磁通等都是交变的,所以其控制比直流电机要复杂很多。
但是三相异步电机的定子绕组是对称三相绕组,加上对称三相电压后产生的电流是对称三相电流,该电流流过三相对称绕组,在电机气隙中产生的磁场是沿空间呈正弦分布,幅值不变的旋转磁场,其转速为同步速,由频率和绕组极对数决定。
转子绕组在气隙磁场中感应的电势以及由此产生的感应电流仍然是对称的正弦变化的,与气隙磁通和转速成正比。而产生的电磁转矩由气隙磁通和转子电流决定。
这些关系与直流电机相比也是类似的。
而且,如果站在转子上看,定子,转子所产生的磁场也是静止且沿空间呈正弦分布的。
所以,从根本上将,直流电机和异步电机的模型是类似的。同步电机也莫不如此。
Id
磁通
转矩
r
s
Iq
异步电机
磁通矢量控制基础
磁通矢量控制的原理就是根据电机的数学模型,将电流和电压进行分解,从而将转矩和磁通解耦,变为如下关系:
Flux r = K1 Id
Torque C = K2 s Iq
磁通与电流的Id 分量(直轴分量)成正比
若磁通恒定,则转矩与电流的Iq 分量(交轴分量)成正比
在矢量控制中,变频器将输出给电机的电流分成产生转矩的分量和产生磁通的分量,分别称为有功分量和无功分量。
这类似于他励式直流电机。
磁通保持恒定,从而在一定的速度范围内获得恒定的转矩。
矢量控制具有速度估算的功能,用以对转矩和磁通进行实时修正。
这样相对于标量的V/F控制模式性能就好多了,如低速转矩,动态响应,速度精度等。
如果要进行精确的磁通矢量控制,变频器内必须有电机的精确模型参数,如定转子电阻,漏电抗,激磁电抗等。
V/F控制与磁通矢量控制的比较
磁通矢量控制
V/F 控制
自动补偿(RI 补偿和滑差补偿)
手动补偿
(原点电压U0)
FrS
FrS
5
10
1
3
100%
200 %
F hz
F hz
V/F控制与磁通矢量控制的比较
V/F控制控制模型简单,不需要精确的电机模型,只需要(额定电压,额定频率)和原点电压就可以了。
磁通矢量控制需要知道电机的铭牌参数,并需要进行自整定,以确定磁通矢量控制所需要的电机模型。
磁通矢量控制可以根据负载的情况进行精确的滑差补偿,以及低频RI补偿,从而获得较高的速度精度,较宽的调速范围和快速的动态响应,以及优越的低速性能。
V/F控制在低速段只能有固定的低频电压补偿,在运行过程中只能根据电流的大小进行不精确的手动滑差补偿,所以其静态和动态驱动性能与磁通矢量控制都有一定的差距。
但V/F控制适用于特殊参数电机,并联电机,非匹配电机以及比较特殊的负载,或者处于节能的目的,进一步降低磁通的场合。
转矩与电流的关系
50%
In
In
2 In
转矩
“Id”= 磁通
100%
162%
220%
In
0%
例如:某电机的励磁电流分量 Id = 50% of In
在磁通恒定的情况下,转矩与有功电流呈正比关系。
而有功电流与磁通电流正交,其和为总的电机电流。
所以转矩与电流的关系,与电机的类型和大小,以及参数的优化有一定关系。
例如,,,。
典型值
电压磁通矢量控