1引言
目前我國(guó)變頻器生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的變頻器大都是采用普通的V/f控制方式，只有為數(shù)不多的幾家對(duì)外宣稱采用了基于無(wú)速度的矢量控制技術(shù)。在國(guó)外品牌中基本上已經(jīng)到了開(kāi)環(huán)、閉環(huán)、無(wú)速度控制三位一體的控制思想，尤其值得關(guān)注的是ABB公司的DTC控制方法在產(chǎn)品中已經(jīng)有成功的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界的變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究方面已經(jīng)做了很多相應(yīng)的工作，取的了一定的成果，但是相對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)工程化的實(shí)踐和積累還有一定的差距。如果將理論化的知識(shí)轉(zhuǎn)化到我國(guó)現(xiàn)有工業(yè)化產(chǎn)品實(shí)踐，提高我國(guó)變頻調(diào)速產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，是一個(gè)比較迫切的值得研究的問(wèn)題。本文試圖從控制策略和調(diào)制技術(shù)兩個(gè)方面對(duì)目前的V/f控制和實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行比較說(shuō)明，供大家交流和探討。
通常V/f變頻器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是控制、調(diào)制、主回路三個(gè)部分組成，其中控制部分和脈寬調(diào)制部分全部由軟件算法實(shí)現(xiàn)。這種控制方法是針對(duì)交流電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型得出的，不依賴電機(jī)參數(shù)及其變化，因而控制簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。但是調(diào)速范圍比較窄，僅適應(yīng)于風(fēng)機(jī)、水泵等對(duì)調(diào)速性能要求不高的負(fù)載。為了提高系統(tǒng)低速時(shí)候的帶載能力和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，滿足實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要，必須對(duì)現(xiàn)有的控制方法和脈寬調(diào)制策略進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和提高。下面針對(duì)其中幾個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)分別進(jìn)行討論。
2控制策略中的若干技術(shù)
2.1補(bǔ)償技術(shù)
補(bǔ)償技術(shù)在開(kāi)環(huán)控制中是不可少的。它包括力矩補(bǔ)償、滑差補(bǔ)償和死區(qū)效應(yīng)補(bǔ)償。在低頻時(shí)定子電阻的壓降相對(duì)于變頻器輸出來(lái)說(shuō)已經(jīng)不能忽略，必須進(jìn)行補(bǔ)償，否則輸出電壓不夠，電機(jī)在低頻時(shí)不動(dòng)或者轉(zhuǎn)速明顯下降。滑差補(bǔ)償主要是針對(duì)電機(jī)在負(fù)載較大時(shí)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速會(huì)低于設(shè)定的轉(zhuǎn)速而設(shè)計(jì)。這兩種補(bǔ)償方法在實(shí)際中可以采用簡(jiǎn)單的固定值進(jìn)行補(bǔ)償，改進(jìn)的方法利用三相電機(jī)電流進(jìn)行計(jì)算補(bǔ)償，不過(guò)只是根據(jù)電流幅值的補(bǔ)償，實(shí)際上該方法是標(biāo)量補(bǔ)償；更為精確的補(bǔ)償方法是將三相電機(jī)交流電流進(jìn)行矢量分解，同時(shí)將電機(jī)的損耗參與計(jì)算，這樣的補(bǔ)償效果更好。但是這種方法計(jì)算比較復(fù)雜，同時(shí)對(duì)電機(jī)的部分參數(shù)有一定的依賴性，在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中存在一些困難。
死區(qū)效應(yīng)補(bǔ)償技術(shù)在開(kāi)環(huán)控制中占有很重要的作用，它能有效的提高輸出電流波形的平滑度和減少諧波，同時(shí)能夠提高輸出電壓的有效值和減少電機(jī)電流的震蕩。特別是在要求靜音的環(huán)境下，人為的提高載波頻率，如果沒(méi)有死區(qū)補(bǔ)償，在低頻時(shí)電機(jī)即使空載也可能不能運(yùn)行。目前比較常用的死區(qū)補(bǔ)償技術(shù)有電流過(guò)零點(diǎn)直接補(bǔ)償法，基于定子磁場(chǎng)定向的電流分解方法，死區(qū)電壓脈沖寬度補(bǔ)償方法，無(wú)電流傳感器的死區(qū)時(shí)間預(yù)測(cè)補(bǔ)償方法等。電流過(guò)零點(diǎn)判斷的補(bǔ)償方法簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，但是由于電流波形中噪聲成分大，同時(shí)負(fù)載的波動(dòng)和外界的任何干擾都會(huì)引起過(guò)零點(diǎn)的判斷失誤，過(guò)零點(diǎn)有一個(gè)死區(qū)平臺(tái)影響低頻補(bǔ)償效果，特別是載波頻率比較高時(shí)尤為顯著。基于定子磁場(chǎng)定向的方法不直接判斷電流過(guò)零點(diǎn)，而是將定子電流在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中分解得到電流矢量角和死區(qū)電壓矢量之間的關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，如果該方法和死區(qū)電壓脈沖寬度補(bǔ)償相結(jié)合，效果更為突出。相位角預(yù)測(cè)的死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償方法是一種省掉電流傳感器的固定補(bǔ)償方法，該方法首先對(duì)電流相位角進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后對(duì)死區(qū)時(shí)間做出相應(yīng)的補(bǔ)償，預(yù)測(cè)的角度可以根據(jù)變頻器輸出容量的不同在軟件中設(shè)置，或者由外部修改設(shè)定。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以省掉電流傳感器，降低成本和系統(tǒng)體積，但是補(bǔ)償沒(méi)有根據(jù)外部負(fù)載變化而相應(yīng)調(diào)整，因而精度和動(dòng)態(tài)性能也會(huì)相應(yīng)的降低。
2.2電流震蕩抑制技術(shù)
交流電機(jī)在PWM方式供電的條件下在電機(jī)輕載或者空載的時(shí)候由于某些原因電機(jī)會(huì)在一個(gè)比較寬的頻率段系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)局部不穩(wěn)定現(xiàn)象，這時(shí)電流幅度值波動(dòng)很大，輸出頻率也會(huì)有一定改變，電流的震蕩有可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)因?yàn)檫^(guò)電流而誤觸發(fā)報(bào)警，使系統(tǒng)不能穩(wěn)定可靠的工作。引