变频器的控制方式及应用

变频器的控制方式及应用

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变频器是利用电力半导体器件的通断作用将变频电源变换为另一频率的电能控制装置随着自动化程度越来越高，变频器的应用越来越广泛，其控制方式也越来越多，本文主要介绍几种常用的控制方式。

早期通用变频器如尔芝TOSVFRT-130系列、FU-Jl FVRG5/P5系列，SANKEN SVF系列等大多数为开环恒压比（V/f=常数）的控制方式，其优点是控制结构简单、成本较低，缺点是系统性能不高，比较适合应用在风机、水泵渊速场合。具体来说，其控制曲线会随着负载的变化而变化；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。对变频器V/f'控制系统的改造主要经历三个阶段。

第一阶段：八十年代初日本学者提出了基本磁通轨迹的电压空问矢量（或称磁通轨迹法）(。该方法以三相波形的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，一次生成二相调制波形．这种方法被称为电压空问矢量控制。典型机种如1989年前后进人中国市场的FUJI（富士）FRN5000tC5/P5、SANKEN（三垦）MF系列等。

第二阶段：矢量控制，也称磁场定向控制、它是七十年代初由西德F．Blasschke等人首先提出，以直流电动机和交流电动机比较的方法分析阐述了这一原理，由此开创了交流电动机等效直流电动机控制的先河。它使人们看到交流电动机尽管控制复杂，但同样叮以实现转矩、磁场独立控制的内在本质。

矢量控制的基本点是控制转子磁链，以转子磁通定向，然后分解定子电流，使之成为

转矩和磁场两个分量，经过坐标变换实现正交或解耦控制。但是，由于转子磁链难以准确观测，以及欠量变换的复杂性，使得实际控制效果往往难以达到理论分析的效果，这是矢量控制技术在实践上的不足。此外，它必须直接或问接地得到转子磁链在空间上的位置才能实现定子电流解耦控制，在这种矢量控制系统中需要配留转子位置或速度传感器，这显然给许多应用场合带来不便．仅管如此，矢量控制技术仍然在努力融人通用型变频器中，1992年开始，德国西门子开发了6SE70通用型系列，通过FC、VC、SC板口可以分别实现频率控制、矢量控制、伺服控制。1994年将该系列扩展至315KW以上。日前，6SE70系列除了200KW以下价格较高，在200KW以上有很高的性价比。

第三阶段：1985年德围鲁尔大学Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论（Direct Torque Control简称DTC）。直接转矩控制与矢量控制不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量来控制。

转矩控制的优越性在于：转矩控制是控制定子磁链，在本质上并不需要转速信息；控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好；所引入的定子磁键观测器能很容易估算出同步速度信息。因而能方便地实现无速度传感器化，这种控制方法被应用于通用变频器

的设计之中，被称为无速度传感器直接转矩控制。

1995年ABB公司首先推出的ACS600直接转矩控制系列，已达到<2ms的转矩响应速度在带I，G时的静态速度精度J厶±0.01%，在不带PC的情况下即使受到输入电压的变化或负载突变的影响，可以达到正负0.1%的速度控制精度，其他公司也以直接转矩控制为努力目标，如安川VS-676H5高性能无速度传感器矢量控制系列，虽与直接转矩控制还有差别，但它也已做到了100ms的转矩响应和正负0.2%（无PC），正负0.01%（带PG)

的速度控制精度，转矩控制精度在正负3%左右．其他公司如日本富士电机推出的FRN 5000G9／P9以及最新的FRN5000Gl】／Pl l系列出采取了类似无速度传感器控制的设计，性能有了进一步提高。

控制技术的发展完全得益于微处理机技术的发展，自从l991年INTEL公司推出8Xl96MC系列以来，专门用于电动机控制的芯片在品种、速度、功能、性价比等方面都有很大的发展。如日本三菱电机开发用于电动机控制的M37705、M7906单片机和美国德州仪器的TMS320C240DSP等都是颇具代表性的产品。