技術(shù)雜談：變頻器的控制方式及應(yīng)用選型
變頻技能是應(yīng)溝通電機(jī)無級調(diào)速的需求而誕生的。20世紀(jì)60年代今后，電力電子器材閱歷了SCR(晶閘管)、GTO(門極可關(guān)斷晶閘管)、BJT(雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物場效應(yīng)管)、SIT(靜電感應(yīng)晶體管)、SITH(靜電感應(yīng)晶閘管)、MGT(MOS操控晶體管)、MCT(MOS操控晶閘管)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)的發(fā)展過程，器材的更新促進(jìn)了電力電子改換技能的不斷發(fā)展。20世紀(jì)70年代開端，脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM-VVVF)調(diào)速研討引起了大家的高度重視。20世紀(jì)80年代，作為變頻技能中心的PWM形式優(yōu)化疑問吸引著大家的濃厚興趣，并得出許多優(yōu)化形式，其間以鞍形波PWM形式作用最好。20世紀(jì)80年代后半期開端，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國家的VVVF變頻器已投入市場并取得了廣泛使用。
2 變頻器操控辦法
低壓通用變頻輸出電壓為380～650V，輸出功率為0.75～400kW，作業(yè)頻率為0～400Hz，它的主電路都選用交直交電路。其操控辦法閱歷了以下四代。
2.1U/f=C的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)操控辦法
其特點(diǎn)是操控電路構(gòu)造簡略、本錢較低，機(jī)械特性硬度也較好，可以滿足通常傳動的滑潤調(diào)速請求，已在工業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛使用�？墒�，這種操控辦法在低頻時，因?yàn)檩敵鲭妷狠^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。別的，其機(jī)械特性畢竟沒有直流電動機(jī)硬，動態(tài)轉(zhuǎn)矩才能和靜態(tài)調(diào)速功能都還不盡如人意，且體系功能不高、操控曲線會隨負(fù)載的改變而改變，轉(zhuǎn)矩呼應(yīng)慢、電機(jī)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)的存在而功能降低，安穩(wěn)性變差等。因此大家又研討出矢量操控變頻調(diào)速。
2.2電壓空間矢量(SVPWM)操控辦法
它是以三相波形全體生成作用為條件，以迫臨電機(jī)氣隙的抱負(fù)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)切多邊形迫臨圓的辦法進(jìn)行操控的。經(jīng)實(shí)踐運(yùn)用后又有所改進(jìn)，即引進(jìn)頻率抵償，能消除速度操控的差錯;經(jīng)過反應(yīng)預(yù)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)，以進(jìn)步動態(tài)的精度和安穩(wěn)度。但操控電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引進(jìn)轉(zhuǎn)矩的調(diào)理，所以體系功能沒有得到底子改進(jìn)。
2.3矢量操控(VC)辦法
矢量操控變頻調(diào)速的做法是將異步電動機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic、經(jīng)過三相-二相改換，等效成兩相停止坐標(biāo)系下的溝通電流Ia1Ib1，再經(jīng)過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)改換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1(Im1相當(dāng)于直流電動機(jī)的勵磁電流;It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，然后仿照直流電動機(jī)的操控辦法，求得直流電動機(jī)的操控量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反改換，完成對異步電動機(jī)的操控。其實(shí)質(zhì)是將溝通電動機(jī)等效為直流電動機(jī)，分別對速度，磁場兩個重量進(jìn)行獨(dú)立操控。經(jīng)過操控轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而取得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個重量，經(jīng)坐標(biāo)改換，完成正交或解耦操控。矢量操控辦法的提出具有劃時代的含義。然而在實(shí)踐使用中，因?yàn)檗D(zhuǎn)子磁鏈難以精確觀測，體系特性受電動機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動機(jī)操控過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)改換較雜亂，使得實(shí)踐的操控作用難以達(dá)到抱負(fù)剖析的成果。
2.4直接轉(zhuǎn)矩操控(DTC)方法
1985年，德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授初次提出了直接轉(zhuǎn)矩操控變頻技能。該技能在很大程度上解決了上述矢量操控的不足，并以新穎的操控思維、簡潔明了的體系構(gòu)造、優(yōu)秀的動靜態(tài)功能得到了迅速發(fā)展�，F(xiàn)在，該技能已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率溝通傳動上。
直接轉(zhuǎn)矩操控直接在定子坐標(biāo)系下剖析溝通電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，操控電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需求將溝通電動機(jī)等效為直流電動機(jī)，因此省去了矢量旋轉(zhuǎn)改換中的很多雜亂核算;它不需求仿照直流電動機(jī)的操控，也不需求為解耦而簡化溝通電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型。
2.5矩陣式交—交操控方法
VVVF變頻、矢量操控變頻、直接轉(zhuǎn)矩操控變頻都是交-直-交變頻中的一種。其一起缺陷是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需求大的儲能電容，再生能量又不能反應(yīng)回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)轉(zhuǎn)。為此，矩陣式交-交變頻應(yīng)運(yùn)而生。因?yàn)榫仃囀浇?交變頻省去了中心直流環(huán)節(jié)，然后省去了體積大、報價貴的電解電容。它能完成功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)轉(zhuǎn)，體系的功率密度大。該技能現(xiàn)在雖沒有老練，但仍吸引著眾多的專家深入研究。其實(shí)質(zhì)不是間接的操控電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被操控量來完成的。具體方法是：
——操控定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器，完成無速度傳感器方法;
——自動識別(ID)依靠精確的電機(jī)數(shù)學(xué)模型，對電機(jī)參數(shù)自動識別;
——算出實(shí)踐值對應(yīng)定子阻抗、互感、磁飽滿要素、慣量等算出實(shí)踐的轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈、轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行實(shí)時操控;
——完成Band—Band操控按磁鏈和轉(zhuǎn)矩的Band-Band操控發(fā)生PWM信號，對逆變器開關(guān)狀況進(jìn)行操控。
矩陣式交—交變頻具有迅速的轉(zhuǎn)矩呼應(yīng)(<2ms)，很高的速度精度(±2%，無PG反應(yīng))，高轉(zhuǎn)矩精度(<+3%);一起還具有較高的起動轉(zhuǎn)矩及高轉(zhuǎn)矩精度，尤其在低速時(包含0速度時)，可輸出150%～200%轉(zhuǎn)矩。
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