高性能V/f控制在中压变频器中的实现

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  •  引言
        控制调速系统是中压变频器装置的核心。转速开环的恒压频比(V/f控制是最简单的控制方式,适用于无高动态性能要求的一般交流调速场合,例如风机、水泵等。
        目前已成熟应用的通用变频器有矢量控制和直接转矩控制,但仍还保留V/f控制。在V/f控制下,变频器具有转矩控制,无“跳闸”,机械特性硬度提高,挖土机特性等。将V/f控制思想引入单位串联中压变频器,可使中压变频器性能较高。


    2 控制原理
        基于转子磁链恒定的控制方式(即恒E/f1控制)采用磁通补偿器、转差补偿器和电流限制控制器,实现转矩控制功能。这充分体现出高性能V/f控制的基本思想。但要实现转子磁链恒定控制比较困难,因此实现恒Eg/f1控制,同时辅以电流限制控制,实现挖土机特性,防止出现“跳闸”;转差补偿控制提高机械特性的硬度,实现在速度开环控制下转速误差最小:IR降补偿保持气隙磁通始终恒定,从而实现无“跳闸”的高性能V/f控制,其原理框图如图1所示。

    3 定子电阻(IR降)补偿
        恒压频比控制的出发点是保持气隙磁通φm不变,充分利用电机铁心,发挥电机产生转矩的能力。根据电机学原理,在基频以下调速时,为保持气隙磁通φm不变,只要控制Eg/f1为恒值即可,但Eg不能直接控制,一般用定子电压U1替代Eg形成V/f控制。频率高时,由于定子上所施电压高,可忽略定子电阻压降;但在低频时,由于定子电阻的影响不可忽略,恒压频比控制不能有效保持磁通不变,调速系统的输出最大转矩将降至很小,限制了系统带载能力,甚至不能带载。这时可采用定子压降补偿(IR补偿),适当提高定子电压,增强带载能力。
        定子电阻补偿基于保持定子磁通幅度不变,由于定子漏电感L只占定子全电感的2%~5%,所以工程应用中可忽略定子漏电感,即L=0,这样近似认为定子磁通等于气隙磁通。在此基础上,采用矢量补偿IR降方法。图2为异步电机稳态等效电路。

        根据图2异步电机稳态等效电路的相量图可得:

       
        定义额定频率frated下Eg的幅值是Urated,这样当输出频率为f时要求Eg的幅值为Urated(f/frated),将该值代入式(1),得:

       
    式中,定子电阻R1,I,cosφ和I1,sinφ是未知量,只要计算出这些量,就可按矢量方式计算U1。

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