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变频器控制方法


20世纪八十年代,工业领域的通用变频器仅限“V/F控制”,但从九十年代开始,以提高“V/F控制”的低速转矩为目的,导入了“无(速度)传感器控制”的方式。随着包括此后的半导体在内的硬件技术和控制理论技术的进步,控制性能得以飞速提高。
“带PLG矢量控制”可应对需要更高精度的速度控制领域,从20世纪九十年代开始应用于感应电机。如下表所示,说明以相关速度控制为核心的变频器的代表性控制方式。大体上说,下表从左到右,其性能、精度是越来越高的控制方式。通用性、经济性则与此方向相反。有关无传感器矢量控制,不同的厂家有不同的控制方式和名称,这里举例说明是三菱电机的变频器控制方式。
控制方式
V/F控制
无传感器矢量控制
带PLG矢量控制
磁通矢量控制
实时无传感器矢量控制
速度控制范围
1:10(6~60Hz:动力运行)
1:120(~60Hz:动力运行)
1:200(~60Hz:动力运行)
1:1500(1~1500r/min:动力运行和再生)
响应
6~60 (rad/s)
20~30 (rad/s)
120 (rad/s)
300 (rad/s)
速度控制
○
○
○
○
转矩控制
×
×
○
○
位置控制
×
×
×
○
概要
是采用变频器通用控制方式:控制电压、频率的比率恒定。
是为改善V/F控制时的低速转矩降低,通过计算电机电流矢量,补偿输出电压的控制。
通过无PLG的标准电机,根据电机参数和电压、电流特性计算、推断电机速度来控制。
是将电机电流分解为励磁电流分量和转矩成分电流分量,独立控制各电流的方式。可高精度、高响应地进行转矩和位置控制。
通用性
应用在标准电机上,从调整要素少这一点来看,通用性较好。
需有电机参数,但调整要素较少,结构比较简单。
需有电机参数且需调整控制增益。
需有带PLG电机参数且需调整控制增益。
(1)V/F控制
最基本的变频器控制方式就是改变频率来控制电机。仅靠改变频率会因电流增大而使电机发热、烧坏,因此保持V(输出电压)和F(频率)的比率恒定的方式就是V/F控制。该V/F控制在工业领域的应用示例很多,今后也将会应用于更广泛的领域。
<特征>
(1)控制方式简单,从调整要素较少且不必选择电机这一点来看,优于通用性。
(2)适用低速电压调整(升压调整),通常用于1:10左右的速度控制。
<补充>
该控制方式,在低速时由于连线及电机绕组的电压降引起的有效电压衰减,使电机转矩不足。这种现象低速时非常明显。这里通过补偿(转矩提升)电压降低的部分来补偿低速时的转矩不足。
(2)矢量控制
是对感应电机的励磁电流和转矩电流各自独立地控制,从而控制电机瞬时转矩的方式。为计算实际的电机速度,需采用带PLG电机。※励磁电流:是产生磁通必需的电流,转矩电流分量:对应电机产生转矩的电流。
<特征>
(1)可进行感应电机的瞬时转矩控制,实现高响应、高性能的控制。
(2)以高精度计算时,须求出正确的电机电气参数,不像V/F控制那样,没有对应电机的通用性。另外,还需安装高精度的速度检测器(PLG)。
<补充>
利用PLG(编码器)检测实际电机速度,通过计算电机的“转差频率”来推断负载的大