U/f常數(shù)控制
U/f控制是在改變電機(jī)電源頻率的同時(shí),改變電機(jī)電源的電壓,使電機(jī)的磁通保持恒定,在較寬的調(diào)速范圍內(nèi),電機(jī)的效率和功率因數(shù)不會(huì)下降。因?yàn)槭强刂齐妷号c頻率的比值,所以叫U/f控制。恒定U/f控制的主要問題是低速時(shí)性能差。當(dāng)轉(zhuǎn)速極低時(shí),電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o法克服較大的靜摩擦力,無法適當(dāng)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償,適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化。其次,不能精確控制電機(jī)的實(shí)際速度。由于恒U/f VFD是開環(huán)速度控制,從異步電機(jī)的機(jī)械特性圖可以看出,設(shè)定值是定子頻率,即理想空載轉(zhuǎn)速,而電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速是由轉(zhuǎn)差率決定的,所以無法控制U/f恒控制方式存在的穩(wěn)定性誤差,因此無法精確控制電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)差頻率控制
轉(zhuǎn)差頻率是應(yīng)用于電機(jī)的交流電源頻率和電機(jī)速度之間的差頻。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性的數(shù)學(xué)模型,當(dāng)頻率一定時(shí),異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率成正比,機(jī)械特性呈線性。
轉(zhuǎn)差頻率控制就是通過控制轉(zhuǎn)差頻率來控制轉(zhuǎn)矩和電流。轉(zhuǎn)差頻率控制需要檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速,形成速度閉環(huán)。調(diào)速器的輸出是轉(zhuǎn)差頻率,然后將電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差頻率之和作為VFD的給定頻率。與U/f控制相比,它的加減速特性和限制過電流的能力都有所提高。另外它有速度調(diào)節(jié)器,利用速度反饋形成閉環(huán)控制,速度靜態(tài)誤差小。然而,要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制,良好的動(dòng)態(tài)性能是無法實(shí)現(xiàn)的。
矢量控制
矢量控制,也稱為磁場(chǎng)定向控制。它是由西德的F.Blasschke等人在20世紀(jì)70年代初首先提出的,并通過對(duì)比DC電機(jī)和交流電機(jī)闡述了這一原理。因此,它開創(chuàng)了交流電機(jī)和等效的DC電機(jī)。矢量變頻調(diào)速的方法是在三相坐標(biāo)系下比較異步電動(dòng)機(jī)的定子交流電流Ia、Ib、Ic。通過三相到兩相變換,等效為兩相靜止坐標(biāo)系中的交流電流Ia1和Ib1,再根據(jù)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)通過定向旋轉(zhuǎn)變換,等效為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的DC電流Im1和It1(Im1等效為DC電機(jī)的勵(lì)磁電流,It1等效為DC電機(jī)的電樞電流)。然后,通過模仿DC電機(jī)的控制方法得到DC電機(jī)的控制量,并通過相應(yīng)的坐標(biāo)逆變換對(duì)異步電機(jī)進(jìn)行控制。矢量控制方法的出現(xiàn)使異步電機(jī)變頻調(diào)速在電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域處于全面主導(dǎo)地位。然而,矢量控制技術(shù)需要正確估計(jì)電機(jī)參數(shù),如何提高參數(shù)的精度一直是研究的課題。
直接轉(zhuǎn)矩控制
1985年,德國(guó)魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制理論。這項(xiàng)技術(shù)在很大程度上解決了矢量控制的不足。不是通過控制電流和磁鏈來間接控制轉(zhuǎn)矩,而是直接控制轉(zhuǎn)矩作為控制量。轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)勢(shì)在于轉(zhuǎn)矩控制是控制定子磁鏈,本質(zhì)上不需要速度信息,對(duì)除定子電阻外的所有電機(jī)參數(shù)都具有魯棒性。引入的定子磁鏈觀測(cè)器可以方便地估計(jì)同步速度信息,從而可以方便地實(shí)現(xiàn)無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制。