變頻器中常用的控制方式
一·非機(jī)智能控制
1·V/F控制方式 V/f控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡單,但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式,不能達(dá)到較高的控制性能,而且,在低頻時(shí),必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償,以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。
2.轉(zhuǎn)差頻率控制 轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式,它是在V/f控制的基礎(chǔ)上,按照知道異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電源頻率,并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率,就可以使電動(dòng)機(jī)具有對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。這種控制方式,在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器,有時(shí)還加有電流反饋,對頻率和電流進(jìn)行控制,因此,這是一種閉環(huán)控制方式,可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性,并對急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性。
3·矢量控制 矢量控制是通過矢量坐標(biāo)電路控制電動(dòng)機(jī)定子電流的大小和相位,以達(dá)到對電動(dòng)機(jī)在d、q、0坐標(biāo)軸系中的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進(jìn)行控制,進(jìn)而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時(shí)間以及零矢量的作用時(shí)間,又可以形成各種PWM波,達(dá)到各種不同的控制目的。例如形成開關(guān)次數(shù)最少的PWM波以減少開關(guān)損耗。目前在變頻器中實(shí)際應(yīng)用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。
4.直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標(biāo)的概念,在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩,通過檢測定子電阻來達(dá)到觀測定子磁鏈的目的,因此省去了矢量控制等復(fù)雜的變換計(jì)算,系統(tǒng)直觀、簡潔,計(jì)算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。
5.最優(yōu)控制 最優(yōu)控制在實(shí)際中的應(yīng)用根據(jù)要求的不同而有所不同,可以根據(jù)最優(yōu)控制的理論對某一個(gè)控制要求進(jìn)行個(gè)別參數(shù)的最優(yōu)化。例如在高壓變頻器的控制應(yīng)用中,就成功的采用了時(shí)間分段控制和相位平移控制兩種策略,以實(shí)現(xiàn)一定條件下的電壓最優(yōu)波形。
6.其他非智能控制方式 在實(shí)際應(yīng)用中,還有一些非智能控制方式在變頻器的控制中得以實(shí)現(xiàn),例如自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、差頻控制、環(huán)流控制、頻率控制等。
二·智能控制方式 智能控制方式主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制等。在變頻器的控制中采用智能控制方式在具體應(yīng)用中有一些成功的范例。
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(1) V/f控制
V/f控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩-速度特性,基于在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時(shí),又要保證電動(dòng)機(jī)的磁通不變的思想而提出的,通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。V/f控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡單,但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式,不能達(dá)到較高的控制性能,而且,在低頻時(shí),必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償,以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。
(2) 轉(zhuǎn)差頻率控制
轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式,它是在V/f控制的基礎(chǔ)上,按照知道異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電源頻率,并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率,就可以使電動(dòng)機(jī)具有對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。這種控制方式,在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器,有時(shí)還加有電流反饋,對頻率和電流進(jìn)行控制,因此,這是一種閉環(huán)控制方式,可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性,并對急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性。
(3) 矢量控制
矢量控制是通過矢量坐標(biāo)電路控制電動(dòng)機(jī)定子電流的大小和相位,以達(dá)到對電動(dòng)機(jī)在d、q、0坐標(biāo)軸系中的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進(jìn)行控制,進(jìn)而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時(shí)間以及零矢量的作用時(shí)間,又可以形成各種PWM波,達(dá)到各種不同的控制目的。例如形成開關(guān)次數(shù)最少的PWM波以減少開關(guān)損耗。目前在變頻器中實(shí)際應(yīng)用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。
變頻器中常用的控制方式在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。
以下三種控制方式是最常用的。 (1)V/f控制 V/f控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩-速度特性,基于在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時(shí),又要保證電動(dòng)機(jī)的磁通不變的思想而提出的,通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。
V/f控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡單,但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式,不能達(dá)到較高的控制性能,而且,在低頻時(shí),必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償,以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。 (2)轉(zhuǎn)差頻率控制 轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式,它是在V/f控制的基礎(chǔ)上,按照知道異 步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電源頻率,并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率,就可以使電動(dòng)機(jī)具有對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。
這種控制方式,在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器,有時(shí)還加有電流反饋,對頻率和電流進(jìn)行控制,因此,這是一種閉環(huán)控制方式,可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性,并對急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性。 (3)矢量控制 矢量控制是通過矢量坐標(biāo)電路控制電動(dòng)機(jī)定子電流的大小和相位,以達(dá)到對電動(dòng)機(jī)在d、q、0坐標(biāo)軸系中的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進(jìn)行控制,進(jìn)而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。
通過控制各矢量的作用順序和時(shí)間以及零矢量的作用時(shí)間,又可以形成各種PWM波,達(dá)到各種不同的控制目的。例如形成開關(guān)次數(shù)最少的PWM波以減少開關(guān)損耗。
目前在變頻器中實(shí)際應(yīng)用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。
4、變頻器的常見故障分析
(1)變頻器充電起動(dòng)電路故障,通用變頻器一般為用壓型變頻器,采用交—直—交工作方式。當(dāng)變頻器剛上電時(shí),由于直流側(cè)的平波電容容量非常大,充電電流很大,通常采用一個(gè)起動(dòng)電阻來限制充電電流,常見的兩種變頻起動(dòng)電路如圖2所示。充電完成后,控制電路通過繼電器的觸點(diǎn)或昌閘管將電阻短路。起動(dòng)電路故障一般表現(xiàn)為起動(dòng)電阻燒壞,變頻器報(bào)警顯示為直流線線電壓故障。一般,變頻器的設(shè)計(jì)時(shí),為了減小變頻器的體積而選擇較小起動(dòng)電阻,其值多為10—50Ω,功率為10—50W;當(dāng)變頻器的交流輸入電源頻繁接通,或者旁路觸器的觸點(diǎn)接觸不良時(shí),都會(huì)導(dǎo)致起動(dòng)電阻燒壞。因此在替換電阻的同時(shí),必須找出原因,如果故障是由輸入側(cè)電源頻率開始引起的,必須消除這種現(xiàn)象才能將變頻器投入使用,如果故障只由旁路觸元件引起,則必須更換這些器件。
(2)變頻器無故障顯示,卻不能高速運(yùn)行,經(jīng)檢查變頻器參數(shù)設(shè)置正確,調(diào)速輸入信號(hào)正常,經(jīng)上電運(yùn)行測試,變頻器直流母線電壓只有450V左右(正常應(yīng)在580V-600V),再測輸入側(cè),發(fā)現(xiàn)缺了一相。故障原因是輸入側(cè)的一個(gè)空氣開關(guān)一相接觸不良造成的。造成變頻器輸入缺相不報(bào)警,仍能在低頻段工作,是因?yàn)槎鄶?shù)變頻器的母線電壓下限為400V,只有當(dāng)母線電壓降至400V以下時(shí),變頻器才報(bào)告故障。而`當(dāng)兩相輸入時(shí),直流母線電壓為380V*1.2=452V>400V。當(dāng)變頻器不運(yùn)行時(shí),由于平波電容的作用,直流電壓也可達(dá)到正常值,新型的變頻器都采用PWM控制技術(shù),調(diào)壓調(diào)頻的工作在逆變橋完成,所以在低頻段輸入缺相時(shí)仍可以正常工作,但因輸入電壓,輸出電壓低,造成異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低頻率上不去。
(3)變頻器顯示過流,出現(xiàn)這種顯示時(shí),首先檢查加速時(shí)間參數(shù)是否太短,力矩提升參數(shù)是否太大,然后檢查負(fù)載是否太重。如果沒有這些現(xiàn)象,可以斷開輸出側(cè)的電流互感器和直流側(cè)的霍爾電流檢測點(diǎn),復(fù)位后運(yùn)行,看是否出現(xiàn)過流現(xiàn)象。如果是,很可能是IPM模塊出現(xiàn)故障,因?yàn)镮PM模塊內(nèi)含有過壓過流,欠壓,過載、過熱,缺相、短路等保護(hù)功能,而這些故障信號(hào)都是經(jīng)模塊控制引腳的輸出Fn引腳傳送到控制器的。微控制器接收到故障信息后,一方面封鎖脈沖輸出,另一方面將故障信息顯示在面板上。應(yīng)更換IPM模塊。
(4)變頻器顯示過壓故障,變頻器出現(xiàn)過壓故障,一般是雷雨天氣,由于雷電串入變頻器的電源中,使變頻器直流側(cè)的電壓檢測器動(dòng)作而跳閘,這種情形,通常只需斷開變頻器電源1分鐘左右再上電即可,另一種情況是變頻器驅(qū)動(dòng)大慣性負(fù)載,而出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象。這種情況下,一是將減速時(shí)間參數(shù)加長或增大制動(dòng)電阻(制動(dòng)單元);二是將變頻器的停止方式設(shè)置為自由停車方式。
(5)電機(jī)發(fā)熱,變頻器顯示過載,對于已經(jīng)投入運(yùn)行的變頻器,必須檢查負(fù)載狀況,對于新安裝的變頻器出現(xiàn)這種故障,很可能是V/F曲線設(shè)置不當(dāng)或電機(jī)參數(shù)設(shè)置有問題,此時(shí)必須正確設(shè)置好各種參數(shù),另外,電機(jī)在低頻的工作時(shí)散熱性能變差,也會(huì)出現(xiàn)這種情況,這時(shí)就需加裝散熱裝置。
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