AS500开环矢量控制在永磁同步压缩机上的应用.doc

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1、AS500开环矢量控制在永磁同步压缩机上的应用低压产品应用部上海新时达电气股份有限公司摘要:传统压缩机主要通过储气缸加卸载气体实现气缸内压力的调节，存在严重的能源浪费，而永磁同步压缩机变频驱动在节能、运行质量、系统等方面有着明显的改善。目前主要采用开环（无速度传感器）矢量控制技术实现变频器对永磁同步压缩机的恒压控制。开环矢量控制技术能够实现高精度、高动态性能和大范围的调速控制，具有传统控制方式和VF控制方式无法比拟的优点。我司的AS500系列高性能矢量型通用变频器采用开环矢量控制模式成功应用于某永磁同步压缩机项目，电机运行性能指标完全达到客户的要求。关键字：AS50

2、0变频器压缩机永磁同步电机0前言压缩机是将低压气体压缩成高压气体或压缩气体使气体有一定动能，实现机械能向气体压力能或气体动能转换的一种装置。压缩机又称为压气机或压风机，是一种动力机械，广泛应用于工业的各个方面，按生产的特点，压缩机主要分为三种：空气压缩机、制冷压缩机、工艺压缩机。比较常见的压缩机的分类是按其结构形式，主要分为容积式和速度式。容积式压缩机主要有活塞式压缩机、回转式压缩机和螺杆式压缩机。速度式压缩机主要有轴流式压缩机和离心式压缩机。压缩机的电气拖动系统具有很明显的特点，其主要表现在以下几方面：1.具有恒转矩的机械特性，电动机的轴功率和转速成正比；2.电机

3、长时间处于连续运行的状态，负载的大小不恒定，属于连续变动负载；3.活塞式压缩机的飞轮力矩很大，要求具有较大的启动转矩；4.电机启动的次数少，对升、降速时间没有特别要求；5.压缩机一般都配有自动卸载和装载装置，在进行自动卸载和装载时，电机负载会突变。针对以上压缩机电气拖动系统的特点，采用变频器来驱动压缩机电气拖动系统，在节能、运行质量和系统方面都有很大的改善。在节能方面，由于压缩机具有在满负荷状态长时间运行的可能性，在选择电动机容量时需要以最大需求来决定，设计的裕量偏大，而电机在实际运行中轻载运行占用的时间很多，采用变频器可调节轻载时的电机转速，降低能量消耗，大大提高

4、运行效率；同时有些压缩机的调节方式（如阀门开度调节、叶片角度调节等）在需求量较小的时也不能减小电机的运行功率，采用变频器可根据需要降低电机转速，减小电机运行功率，达到节约能源的目的。在运行质量方面，单电机拖动系统一般不能随负载的轻重而连续调节，使用变频器能实现连续调节，保持压力、流量、温度等参数的恒定，提高工作质量。在系统方面，变频器配合压力或温度传感器组成反馈循环系统实现对压缩机的恒压或恒温控制。1压缩机的传统控制方法传统的压缩机主要通过控制进气阀的开、关实现对气缸里气体压力的调节[1]。电机运行，气缸内气体压力达到上限阈值时，进气阀关闭，缸内气体压力进入恒压状态

5、，此时电机进入轻载状态；当缸内气体压力下降达到下限阈值时，进气阀打开，气体压力增大，电机进入满载状态。这样，电机负载频繁变化，气缸内压力波动较大，压缩机难以提供稳定的工作效率。传统的压缩机控制方法存在以下几个明显的缺点：（1）电机启动时冲击电流很大，影响电网稳定，而且对其他设备冲击也很大；（2）电机经常空载运行，电能浪费比较严重；（3）电机启停频繁，严重影响机械部件、元器件等设备的使用寿命；（4）电机工频启动设备冲击较大，噪声严重，电机磨损较大，增加设备维护工作，增加成本；（5）进气阀开关频繁，气缸内压力不稳定，影响压缩机工作质量。压缩机的传统控制方法存在诸多弊端，

6、严重影响了压缩机工作效率，造成很大的能源浪费。随着变频器的发展和普及，压缩机的变频器改造技术也日趋成熟，目前压缩机的变频控制主要有V/F控制和矢量控制两种。2压缩机变频改造后的V/F控制从变频器发展初期的可控硅变频器到现在的有些通用变频器都采用VF控制方法。V/F控制的特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在变频器应用的各个领域得到广泛应用。V/F控制的过程是通过对应频率F去设定变频器输出电压V的方式工作，这种工作方式无须像带PG（速度传感器）矢量控制方式那样检测电机的转速，是最简便的控制方式。常规V/F控制，电机的

7、电压降会随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足而使电机不能获得足够的转矩（特别是在低频率时），也就是说常规V/F控制变频器在低频率时无法满足电机额定转矩的输出。此外，V/F控制方式的机械特性始终没有直流电动机好，动态转矩能力和静态调速性能都还比较差，且系统性能不高、转矩响应慢、电机转矩的利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，控制的稳定性变差。压缩机经变频器改造后，采用V/F控制方法，在一定程度上节约了能源，同时运行质量也得到了提高，压缩机的效率也有了明显的改善，但其仍然存在很多的缺陷和不足。为了解决V/F控制存在的缺陷和不足，