变频器的控制方法

发布时间：2011-09-15 10:34　　　类型：基础知识　　　人浏览

20世纪八十年代，工业领域的通用变频器仅限“V/F控制”，但从九十年代开始，以提高“V/F控制”的低速转矩为目的，导入了“无（速度）传感器控制”的方式。随着包括此后的半导体在内的硬件技术和控制理论技术的进步，控制性能得以飞速提高。

“带PLG矢量控制”可应对需要更高精度的速度控制领域，从20世纪九十年代开始应用于感应电机。如下表所示，说明以相关速度控制为核心的变频器的代表性控制方式。大体上说，下表从左到右，其性能、精度是越来越高的控制方式。通用性、经济性则与此方向相反。有关无传感器矢量控制，不同的厂家有不同的控制方式和名称，这里举例说明是三菱电机的三菱变频器控制方式。

控制方式	V/F控制	无传感器矢量控制		带PLG矢量控制
控制方式	V/F控制	磁通矢量控制	实时无传感器矢量控制	带PLG矢量控制
速度控制范围	1：10(6～60Hz：动力运行)	1：120(0.5～60Hz：动力运行)	1：200(0.3～60Hz：动力运行)	1：1500(1～1500r/min：动力运行和再生)
响应	6～60 (rad/s)	20～30 (rad/s)	120 (rad/s)	300 (rad/s)
速度控制	○	○	○	○
转矩控制	×	×	○	○
位置控制	×	×	×	○
概要	是采用变频器通用控制方式：控制电压、频率的比率恒定。	是为改善V/F控制时的低速转矩降低，通过计算电机电流矢量，补偿输出电压的控制。	通过无PLG的标准电机，根据电机参数和电压、电流特性计算、推断电机速度来控制。	是将电机电流分解为励磁电流分量和转矩成分电流分量，独立控制各电流的方式。可高精度、高响应地进行转矩和位置控制。
通用性	应用在标准电机上，从调整要素少这一点来看，通用性较好。	需有电机参数，但调整要素较少，结构比较简单。	需有电机参数且需调整控制增益。	需有带PLG电机参数且需调整控制增益。

（1）V/F控制

最基本的变频器控制方式就是改变频率来控制电机。仅靠改变频率会因电流增大而使电机发热、烧坏，因此保持V（输出电压）和F（频率）的比率恒定的方式就是V/F控制。该V/F控制在工业领域的应用示例很多，今后也将会应用于更广泛的领域。

＜特征＞

(1)控制方式简单，从调整要素较少且不必选择电机这一点来看，优于通用性。
(2)适用低速电压调整（升压调整），通常用于1:10左右的速度控制。

＜补充＞

该控制方式，在低速时由于连线及电机绕组的电压降引起的有效电压衰减，使电机转矩不足。这种现象低速时非常明显。这里通过补偿（转矩提升）电压降低的部分来补偿低速时的转矩不足。

（2）矢量控制

是对感应电机的励磁电流和转矩电流各自独立地控制，从而控制电机瞬时转矩的方式。为计算实际的电机速度，需采用带PLG电机。

※励磁电流：是产生磁通必需的电流，转矩电流分量：对应电机产生转矩的电流。
变频器矢量控制

＜特征＞

(1)可进行感应电机的瞬时转矩控制，实现高响应、高性能的控制。

(2)以高精度计算时，须求出正确的电机电气参数，不像V/F控制那样，没有对应电机的通用性。另外，还需安装高精度的速度检测器（PLG）。
＜补充＞

利用PLG（编码器）检测实际电机速度，通过计算电机的“转差频率”来推断负载的大小。根据该负载的大小，按照磁通电流分量和产生转矩电流分量分解变频器输出电流，然后分别加以计算、控制，以获得高响应性和稳定的低速转矩。除可进行速度控制和转矩控制外，还可进行位置控制。

（3）节能运行
变频器的使用领域除了前面所述的电机控制领域（速度等）外，对节能领域也很重要。节能领域一般无需太大的低速转矩，因此与产生转矩相比更看重电机效率。
(1)节能变频器控制方式
在“变转矩负载（风扇、泵等）”、“低转矩负载（输送机等）”时，降低转速可实现节能。尤其在“变转矩负载”时，所需电能大幅减少，节能效果更为显著。针对这些用途，我们研发出了专用节能控制模式的变频器。下面以三菱电机产品为例进行说明。

节能控制的方式	说明
最佳励磁控制	将变频器输出电流分为励磁分量电流和转矩分量电流进行控制，以使电机自身损失最小。
降低转矩V/F模式	为驱动变转矩负载时的控制模式。与恒定转矩模式相比，可将节能效果提高3～5%。