变频器的控制方式及选型应用

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1、冶金之家网站变频器的控制方式及选型应用师红吉(安阳钢铁股份有限公司，安阳455004)摘要：对变频器的常用控制方式进行了比较，分析了各种控制方式的优缺点，为工程技术人员更好选择与使用变频器提供了借鉴和参考。关键词：变频器；u／f控制；矢量控制；选型应用众所周知，变频调速技术已成为现代电力传动技术的重要发展方向之一，以高效、节能等诸多优点而备受青睐的变频器已应用到了工业生产的方方面面。而变频器的控制方式是决定变频器性能的关键所在。文章从工业实际出发，综述各种常用变频器控制方式的优缺点，以供工程技术人员更选择与使

2、用变频器借鉴和参考。1变频器的控制方式变频器常用的控制方式可分为非智能式控制方式和智能式控制方式。现主要对变频器的非智能式控制方式进行阐述。常用的非智能式控制方式有u／f控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制方式等。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。1．1u／f=C的正弦脉宽调制(SPWM)控制方式u／f控制是为了得到理想的转矩—速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动

3、机的磁通不变的思想而提出的。u／f控制时输出电压与运行频率之比为定值：即u／f=C(C为常数)。这种控制采用开环控制方式，故不能达到较高的控制性能。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，使得输出最大转矩减小。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、电动机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而使性能下降，稳定性变差。但是u／f控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，

4、能够满足一般传动的平滑调速要求，在以节能为目的和对速度控制精度要求不高的场合以其优越的性价比得到广泛的应用。通用型变频器基本上都采用这种控制方式。用户可以根据负载情况自定义u／f曲线来补偿低频时的转矩。一般场合使用时，基本上可以采用厂家出厂时默认的u／f参数。有些厂家列出了重载、轻载及不同负荷对应的参数设置方法。u／f控制方式对电动机参数依赖不大，一般强调“空载电流”的大小。空载电流很大，励磁也越大。以前一般的u／f控制方式调试范围为1：20～1：40，现在控制调速范围可以达到1：100。1．2转差频率控制方

5、式转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在u／f控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。这种控制方式与u／f控制相比，系统的动、静态特性都有了进一步的提高，但是其基本的关系式都是从稳态方程中导出的，没有考虑电动机电磁惯性

6、的影响及在动态中如何变化，所以动态转矩与磁通并未得到圆满的控制。1．3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Ia1，Ib1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冶金之家网站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

7、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。通过控制转子磁链和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。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致

8、，但是转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式在输出特性方面能得到很大的改善。但是，这种控制方式属于闭环控制方式，需要在电动机上安装速度传感器。因此，应用范围受到限制。无速度传感器矢量控制是通过坐标变换处理，分别对励磁电流和转矩电流进行控制，然后通过控制电动机定子绕组电压、电