通用变频器控制方式详解

通用变频器的控制方式是根据异步电动机的数学模型采用的不同控制策略。根据负载特性的不同，通用变频器通常有U/f控制方式、矢量转矩控制方式和直接转矩控制方式3种，并对应3种不同的产品类型。其中，矢量控制方式又分为无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器矢量控制方式等。U/f控制方式又有线性U/f控制方式、带磁通电流控制（FCC）的线性U/f控制方式、抛物线型U/f控制方式、多点U/f控制方式、平方U/f控制方式等。U/f控制方式通用变频器专用于风机、水泵类流体机械，矢量控制方式和直接转矩控制方式通用变频器用于恒转矩负载。高性能矢量控制和直接转矩控制型通用变频器通常兼有U/f控制方式，以适应不同负载的需要。从应用角度看，矢量转矩控制方式通用变频器和直接转矩控制方式通用变频器在性能上没有本质上的区别。只有ABB公司生产直接转矩控制方式通用变频器。

1.U/f控制方式

U/f控制方式也称为恒压频比控制方式。U/f控制方式是指在变频调速过程中为了保持主磁通的恒定，而使U/f=常数（恒定）的控制方式，这是通用变频器的基本控制方式，通用变频器采用人工设定的U/f曲线运行。在U/f控制方式下，通用变频器利用提高输出电压方式来提高异步电动机的转矩，这种方式称为转矩补偿或转矩提升，其作用是当输出频率较低时，输出电压会下降，从而使定子绕组电流减小，致使异步电动机转矩不足，此时提高通用变频器的输出电压即可起到转矩补偿作用。高性能U/f控制方式通用变频器在控制方法上采用磁通补偿、转差补偿和电流限制等控制策略，以实现转矩控制功能。U/f控制方式通用变频器不能根据负载转矩的变化实时调整电动机转矩。特别是在低速时，由于定子阻抗压降随负载转矩变化，当负载较重时可能补偿不足，当负载较轻时又可能产生过补偿，造成磁路过饱和。这两种情况均可能引起变频器过电流跳闸。

2.矢量控制方式

通用变频器的矢量控制方式是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理和派克变换，将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）分别加以控制，并同时控制两个分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量。也即，矢量控制就是将磁链与转矩解耦，并分别设计调节器，这样就可以将一台三相异步电动机等效为直流电动机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能，以提高交流电动机的调速性能。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。目前，从应用上看，主要是无速度传感器矢量控制方式。(www.xing528.com)

矢量控制方式通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以动态控制异步电动机转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，使用时需要准确地输入异步电动机的铭牌参数，否则难以达到理想的控制效果。目前，新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。

3.直接转矩控制方式

直接转矩控制方式通用变频器是利用空间矢量、定子磁场定向分析方法，直接在定子坐标系下分析异步电动机的数学模型，计算与控制异步电动机的磁链和转矩，采用离散的两点式调节器（Band—Band控制），把转矩检测值与转矩给定值作比较，使转矩波动限制在一定的容差范围内，容差的大小由频率调节器来控制，并产生PWM脉宽调制信号，直接对逆变器的开关状态进行控制，以获得高动态性能的转矩输出。与矢量控制不同，直接转矩控制摒弃了解耦的思想，取消了旋转坐标变换，通过检测电机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得差值，实现磁链和转矩的直接控制。

与矢量控制方式比较，直接转矩控制磁场定向所用的是定子磁链，它采用离散的电压状态和六边形磁链轨迹或近似圆形磁链轨迹的概念，只要知道定子电阻就可以把它观测出来。而矢量控制磁场定向所用的是转子磁链，观测转子磁链需要知道电动机转子电阻和电感。因此直接转矩控制大大减少了矢量控制中控制性能易受参数变化影响的问题。在直接转矩控制中，定子磁通和转矩作为主要控制变量，在电动机参数自动辨识程序运行中建立精确的电动机模型，因此，可以在不使用速度传感器情况下，从零速开始就可以实现电动机速度和转矩的精确控制。