技術(shù)雜談：變頻器的控制方式及應用選型
變頻技能是應溝通電機無(wú)級調速的需求而誕生的。20世紀60年代今后，電力電子器材閱歷了SCR(晶閘管)、GTO(門(mén)極可關(guān)斷晶閘管)、BJT(雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物場(chǎng)效應管)、SIT(靜電感應晶體管)、SITH(靜電感應晶閘管)、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(guò)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70年代開(kāi)端，脈寬調制變壓變頻(PWM-VVVF)調速研討引起了大家的高度重視。20世紀80年代，作為變頻技能中心的PWM形式優(yōu)化疑問(wèn)吸引著(zhù)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80年代后半期開(kāi)端，美、日、德、英等發(fā)達國家的VVVF變頻器已投入市場(chǎng)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的正弦脈寬調制(SPWM)操控辦法
其特點(diǎn)是操控電路構造簡(jiǎn)略、本錢(qián)較低，機械特性硬度也較好，可以滿(mǎn)足通常傳動(dòng)的滑潤調速請求，已在工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛使用�？墒�，這種操控辦法在低頻時(shí)，因為輸出電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著(zhù)，使輸出最大轉矩減小。別的，其機械特性畢竟沒(méi)有直流電動(dòng)機硬，動(dòng)態(tài)轉矩才能和靜態(tài)調速功能都還不盡如人意，且體系功能不高、操控曲線(xiàn)會(huì )隨負載的改變而改變，轉矩呼應慢、電機轉矩利用率不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區效應的存在而功能降低，安穩性變差等。因此大家又研討出矢量操控變頻調速。
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，以迫臨電機氣隙的抱負圓形旋轉磁場(chǎng)軌跡為目的，一次生成三相調制波形，以?xún)惹卸噙呅纹扰R圓的辦法進(jìn)行操控的。經(jīng)實(shí)踐運用后又有所改進(jìn)，即引進(jìn)頻率抵償，能消除速度操控的差錯;經(jīng)過(guò)反應預算磁鏈幅值，消除低速時(shí)定子電阻的影響;將輸出電壓、電流閉環(huán)，以進(jìn)步動(dòng)態(tài)的精度和安穩度。但操控電路環(huán)節較多，且沒(méi)有引進(jìn)轉矩的調理，所以體系功能沒(méi)有得到底子改進(jìn)。
2.3矢量操控(VC)辦法
矢量操控變頻調速的做法是將異步電動(dòng)機在三相坐標系下的定子電流Ia、Ib、Ic、經(jīng)過(guò)三相-二相改換，等效成兩相停止坐標系下的溝通電流Ia1Ib1，再經(jīng)過(guò)按轉子磁場(chǎng)定向旋轉改換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im1、It1(Im1相當于直流電動(dòng)機的勵磁電流;It1相當于與轉矩成正比的電樞電流)，然后仿照直流電動(dòng)機的操控辦法，求得直流電動(dòng)機的操控量，經(jīng)過(guò)相應的坐標反改換，完成對異步電動(dòng)機的操控。其實(shí)質(zhì)是將溝通電動(dòng)機等效為直流電動(dòng)機，分別對速度，磁場(chǎng)兩個(gè)重量進(jìn)行獨立操控。經(jīng)過(guò)操控轉子磁鏈，然后分解定子電流而取得轉矩和磁場(chǎng)兩個(gè)重量，經(jīng)坐標改換，完成正交或解耦操控。矢量操控辦法的提出具有劃時(shí)代的含義。然而在實(shí)踐使用中，因為轉子磁鏈難以精確觀(guān)測，體系特性受電動(dòng)機參數的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機操控過(guò)程中所用矢量旋轉改換較雜亂，使得實(shí)踐的操控作用難以達到抱負剖析的成果。
2.4直接轉矩操控(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(jiǎn)潔明了的體系構造、優(yōu)秀的動(dòng)靜態(tài)功能得到了迅速發(fā)展�，F在，該技能已成功地應用在電力機車(chē)牽引的大功率溝通傳動(dòng)上。
直接轉矩操控直接在定子坐標系下剖析溝通電動(dòng)機的數學(xué)模型，操控電動(dòng)機的磁鏈和轉矩。它不需求將溝通電動(dòng)機等效為直流電動(dòng)機，因此省去了矢量旋轉改換中的很多雜亂核算;它不需求仿照直流電動(dòng)機的操控，也不需求為解耦而簡(jiǎn)化溝通電動(dòng)機的數學(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回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運轉。為此，矩陣式交-交變頻應運而生。因為矩陣式交-交變頻省去了中心直流環(huán)節，然后省去了體積大、報價(jià)貴的電解電容。它能完成功率因數為l，輸入電流為正弦且能四象限運轉，體系的功率密度大。該技能現在雖沒(méi)有老練，但仍吸引著(zhù)眾多的專(zhuān)家深入研究。其實(shí)質(zhì)不是間接的操控電流、磁鏈等量，而是把轉矩直接作為被操控量來(lái)完成的。具體方法是：
——操控定子磁鏈引入定子磁鏈觀(guān)測器，完成無(wú)速度傳感器方法;
——自動(dòng)識別(ID)依靠精確的電機數學(xué)模型，對電機參數自動(dòng)識別;
——算出實(shí)踐值對應定子阻抗、互感、磁飽滿(mǎn)要素、慣量等算出實(shí)踐的轉矩、定子磁鏈、轉子速度進(jìn)行實(shí)時(shí)操控;
——完成Band—Band操控按磁鏈和轉矩的Band-Band操控發(fā)生PWM信號，對逆變器開(kāi)關(guān)狀況進(jìn)行操控。
矩陣式交—交變頻具有迅速的轉矩呼應(<2ms)，很高的速度精度(±2%，無(wú)PG反應)，高轉矩精度(<+3%);一起還具有較高的起動(dòng)轉矩及高轉矩精度，尤其在低速時(shí)(包含0速度時(shí))，可輸出150%～200%轉矩。
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