变频器控制方式

变频器控制方式低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交直交电路。其控制方式经历了以下四代。1U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，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。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、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性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。2电压空间矢量（SVPWM）控制方式它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。3矢量控制（VC）方式矢量控制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、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，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），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。4直接转矩控制（DTC）方式1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。5矩阵式交—交控制方式VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交－直－交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交－交变频应运而生。由于矩阵式交－交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。具体方法是：——控制定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感器方式；——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；——算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制；——实现BandBand控制按磁链和转矩的Band－Band控制产生PWM信号，对逆变器开关状态进行控制。矩阵式交交变频具有快速的转矩响应（2ms），很高的速度精度（±2％，无PG反馈），高转矩精度（＋3％）；同时还具有较高的起动转矩及高转矩精度，尤其在低速时（包括0速度时），可输出150％～200％转矩。变转矩和恒转矩、矢量控制和VF控制的区别?一、V/F控制方式变频器接纳V/F控制方式时，对于电机参数倚赖不大，一般强调空载电流的大小。由于我们接纳向量化的V/F控制方式，故做电机参数静止自整定照旧有必要的。不同功率段的变频器，自学习后的空载电流占额定电流大小百分比也是不同的。一般有如下百分比数据：5.5kW~15kW,空载电流P9.05的值为30%~50%的电机额定电流；3.7kW及以下的，空载电流P9.05的值为50%左右的电机额定电流；特殊情况时，0.4kW、0.75kW、1.5kW，空载电流P9.05的值为70%~80%的电机额定电流；有的0.75kW功率段，参数自整定后空载电流为电机额定电流的90%。空载电流很大，励磁也越大。何为向量化的V/F控制方式，就是在V/F控制时也将输入电流量举行解耦控制，使控制更加精确。变频器输出电流包括两个值：空载电流和力矩电流，输出电流I的值为空栽电流Im和力矩电流It平方和后开2次方。故空载电流是影响变频器输出电流的首要因素之一。V/F控制时输出电压与运行频率之比为一定值：即U/F=K(K为常数)，P0.12=最大输出电压U，P0.15=基频F。上图中有个公式，描述转矩、转速、功率之间的瓜葛。变频器在基频以下运行时，随着速度增快，可以输出恒定的转矩，速度增大不会影响转矩的输出；变频器在基频以上运行时，只能保证输出额定的功率，随着转速增大，变频器不能很好的输出足够大的力；有时候变频器速度更快，高速运行时，处于弱磁区，我们必须设置响应的参数，以便让变频器顺应弱磁环境。速度与出力，高速或者低速时，两者不可兼得，这里有个数据概念：调速范围，指满足额定转矩出力的最低频率与最高频率的比值。以前一般的VF控制方式调试范围为1：20~1：40，我司产品V/F控制调速范围可以达到1：100，能够满足更多范围的行业应用。在开环向量时可以达到1：200，闭环向量时达到1：1000，接近伺服的机能。变频器V/F控制系统运行时，有两种方式举行转矩的提升：1、自己主动转矩提升：必须在P0.16=0且P4.00=0时，自己主动转矩提升才有效。其作用为：变频器V/F控制低频运行时，提高输出电压，抵消定子压降以产生足够的转矩，保证电机正常运行。自己主动转矩提升与变频器设置空载电流和静止学习的定子电阻有瓜葛，变频器必须作电机参数静止自整定，才能更好的控制电机运行。变频器作自己主动转矩提升控制电机时，见上图所示输出电压和频率的线性瓜葛，运行中因为负载变化对于电压输出作适当的增减，由于响应时间的快慢，所以会出现出力不不变因素。2、手动转矩提升设置P0.16为某一数值时，或者设置P4.00为非零时，手动转矩提升才有效。手动转矩提升只与变频器设置空载电流有瓜葛，受电机其他参数设置影响较小。如下图所示，为手动转矩提升曲线图。变频器输出作手动转矩提升，其转矩出力在原来基础上成线性增加，所以出力不变，不受负载变化的影响，出力不变。可是转矩提升不益太大，转矩提升的幅度应根据负载情况适当设定，提升过多，在开始工作过程中将产生较大的电流打击。自己主动转矩提升只能满足一拖一的输出情况，当涉及一台变频器拖动多台电机时，V/F控制时必须接纳手动转矩提升，即设置P0.16为非0值。V/F控制时的有关机能参数调试：PA.02为V/F控制转差赔偿增益，设置此参数时，可以参考电机额定转速P9.02来设定参数。该功能有助于变频器在负载颠簸及重载情况下保持电机转速恒定，即赔偿由于负载颠簸而导致的电机转速增减，可是由于赔偿本身的响应时间问题，导致系统出现不不变因素增多，在系统颠簸较大的情况下，此功能码设置为0有一定效验。PA.04、PA.05为电流限定功能，由于瞬时负载过大而导致系统没法正常运行，可以适当增大PA.05限定值。V/F控制涉及到以上注意要点和关键功能码。二、向量控制方式变频器作向量控制时，对于电机参数的倚赖很大，所以必须对于电机作旋转自整定，参数自整定前，必须设置正确的电机机型参数，完全脱开电机负载。Pd.01、Pd.02、Pd.0三、Pd.04、Pd.05、Pd.15、Pd.16参数说明：下图所示为速度环比例增益与积分时间、电流环比例系数与积分系数调治。Pd.01~Pd.05为速度环比例增益与积分时间调治参数，设置Pd.05=5HZ，当电机运行频率大于5HZ的时候，Pd.01、Pd.02调治参数起作用；当电机运行频率小于5HZ的时候，Pd.0三、Pd.04调治参数起作用。运行参数输出T与比例增益P成正比，与积分时间I成反比，所以Pd.01~Pd.04四组参数，P设置越大，I设置越小，那末T就越大，变频器控制电机动态响应就越快，此时速度环输入频率与反馈频率一旦有频率差，系统就响应迅速。可是响应太快了会导致电机出现震荡非常厉害。举例：某现场，Pd.01和Pd.03为出厂值2或3，此两参数设置在5HZ上下时的比例增益P。开始调试，举行参数自学习，作向量控制，设置P0.03=4，点运行，此时电机震动非常厉害，电流很大，运行根本不正常。后来设置Pd.01=1和Pd.03=1，然后再运行电机，运行很不变，无任何异常情况。这里我们让动态响应变慢了，那末系统响应慢些了，频率及电流输出就不变些了。可是调试基本原则是，在系统无震荡的前提下，响应越快越好，也就是Pd.01和Pd.03越大，Pd.02和Pd.04越小，响应就越快，越好。因为实时跟踪反馈的速度，然后作出频率及电流、转矩输出调整，这是开环向量型变频器控制出力不变性的基本要求。一般小功率的变频器带电机场合，需要适当减小Pd.01和Pd.03，增大Pd.02和Pd.04，这样更能顺应现场的调试工作，当然是根据具体情况来调治数据，不能一并而论。Pd.15和Pd.16为电流环比例系数和积分系数。下图所示电流环调治过程。在电流环调整时，比例系数P、积分系数I越大，对于系统作用越强。一般此两参数不作更改。举例：1、某现场测试，变频器带一台电机空载，作旋转自学习以后，向量控制，点运行。电机平稳运行着，只是电机内部会发出嗡嗡的声响，感觉电机轴在内部遇到什么阻碍，象棉花塞着了同样，我们观察电机输出空载电流，比凡是情况电流输出要高一些，系统不会有大的抖动和震动，就只出现上面文字说明的情况，也不严重，可是就是与正常情况有点区别。后来我们更改Pd.15和Pd.16参数由1000变成400，然后再运行电机，此时有明显效验，电流偏小了，与正常运行电流相符了，也没有嗡嗡的声响了。此时我们调治参数把电流环作用削弱了，响应不是那末快了，然后能满足此电机的正常运行。2、当现场控制需要高速运行，超过基频50HZ(举例)，那末电机进入弱磁场区域，存在系统震荡，那末此时可以把Pd.16由1000减小为0，让电流环积分增益I作用为0，此时，弱磁区高速运行就不存在问题了，系统运行不变无震荡。Pd.08、Pd.09参数说明：此两个参数别离对于驱动转矩和制动转矩举行限定，值越大，那末变频器开始工作瞬间输出的瞬间转矩力就越大，VF控制和向量控制时加减速响应时间越快。Pd.14参数说明：此功能设置欲激磁时间，欲激磁是在电机开始工作前事先建立起磁通，以达到电机开始工作时快速响应的目的。当有运行指令时，先按本功能码设定的时间进入欲激磁状况，磁通建立起来后，再进入正常的加速运行。在不影响加速的情况下，此参数设置的越长，那末电机起动出力越好。我们出厂值设置为0.3S，有些电机可以设置为0，不需要预激磁。在实际调试过程中，适当增加点预激磁时间，对于控制电机有一定的效验。Pd.17、Pd.18此两个参数别离设置电机在电动、发电时的转差赔偿。调试此两个参数时，需要与P9.02、P0.15作配合调试。Pd.17在向量开环、向量闭环、电动状况时有效，比如机床加速可调试此参数。Pd.18在向量开环、向量闭环、发电(制动)时有效，比如机床减速可调试此参数。Pd.21、Pd.22、Pd