变频器中常用的控制方式.doc

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1、变频器中常用的控制方式 1， 非智能控制方式 在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。 (1) V/f控制 V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。 (2) 转差频率控制 转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望

2、得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。 (3) 矢量控制 矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。目前在变频器中实际

3、应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。 基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致，但是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式在输出特性方面能得到很大的改善。但是，这种控制方式属于闭环控制方式，需要在电动机上安装速度传感器，因此，应用范围受到限制。 无速度传感器矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩电流进行控制，然后通过控制电动机定子绕组上的电压、电流辨识转速以达到控制励磁电流和转矩电

4、流的目的。这种控制方式调速范围宽，启动转矩大，工作可靠，操作方便，但计算比较复杂，一般需要专门的处理器来进行计算，因此，实时性不是太理想，控制精度受到计算精度的影响。 (4) 直接转矩控制 直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩。 (5) 最优控制 最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同，可以根据最优控制的理论对某一个控制要求进行个别参数的最优化

5、。例如在高压变频器的控制应用中，就成功的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下的电压最优波形。 (6) 其他非智能控制方式 在实际应用中，还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现，例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环流控制、频率控制等。 变频器控制方式 低压通用变频输出电压为380650V，输出功率为0.75400kW，工作频率为0400Hz，它的主电路都采用交直交电路。其控制方式经历了以下四代。 1 U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式 其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，已在产业的各个领域得到广泛

6、应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。 2 电压空间矢量（SVPWM）控制方式 它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差

7、；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。 3 矢量控制（VC）方式 矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将

8、交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。4 直接转矩控制（DTC）方式 1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前，

9、该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。 直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。 5 矩阵式交交控制方式 VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交直交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交交变频应运而生。由于矩阵式交交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能

10、实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。具体方法是：控制定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感器方式； 自动识别（ID）依靠精确的电机数学模型，对电机参数自动识别；算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制； 实现BandBand控制按磁链和转矩的BandBand控制产生PWM信号，对逆变器开关状态进行控制。 矩阵式交交变频具有快速的转矩响应（2ms），很高的速度精度（2，无PG反馈），高转

11、矩精度（3）；同时还具有较高的起动转矩及高转矩精度，尤其在低速时（包括0速度时），可输出150200转矩。变频器控制方式的合理选用 3、变频器控制方式的合理选用 控制方式是决定变频器使用性能的关键所在。目前市场上低压通用变频器品 牌很多，包括欧、美、日及国产的共约 50 多种。选用变频器时不要认为档次越高越好，而要按负载的特性，以满足使用要求为准，以便做到量才使用、经济实惠。表 1 中所列参数供选用时参考。4、转矩控制型变频器的选型及相关问题.25基于调速方便、节能、运行可靠的优点，变频调速器已逐渐替代传统的变极 调速、电磁调速和调压调速方式。在推出 PWM 磁通矢量控制的变频器数年后，199

12、8 年末又出现采用 DTC 控制技术的变频器。ABB 公司的 ACS600 系列是第一代采用 DTC 技术的变频器，它能够用开环方式对转速和转矩进行准确控制，而且动态和静态指标已优于 PWM 闭环控制指标。直接转矩控制以测量电机电流和直流电压作为自适应电机模型的输入。该模型每隔 25s 产生一组精确的转矩和磁通实际值，转矩比较器和磁通比较器将转矩和磁通的实际值与转矩和磁通的给定值进行比较，以确定最佳开关位置。由此可以看出它是通过对转矩和磁通的测量，即刻调整逆变电路的开关状态，进而调整电机的转矩和磁通，以达到精确控制的目的。4.1 选型原则首先要根据机械对转速(最高、最低)和转矩(起动、连续及过

13、载)的要求，确定机械要求的最大输入功率(即电机的额定功率最小值)。有经验公式P=nT/9950(kW) 式中：P机械要求的输入功率(kW); n机械转速(r/min); T机械的最大转矩(Nm)。然后，选择电机的极数和额定功率。电机的极数决定了同步转速，要求电机的同步转速尽可能地覆盖整个调速范围，使连续负载容量高一些。为了充分利用设备潜能，避免浪费，可允许电机短时超出同步转速，但必须小于电机允许的最大转速。转矩取设备在起动、连续运行、过载或最高转速等状态下的最大转矩。最后，根据变频器输出功率和额定电流稍大于电机的功率和额定电流的原则来确定变频器的参数与型号需要注意的是，变频器的额定容量及参数是

14、针对一定的海拔高度和环境温度而标出的，一般指海拔 1000m 以下，温度在 40或 25以下。若使用环境超出该规定，则在确定变频器参数、型号时要考虑到环境造成的降容因素。4.2 变频器的外部配置及应注意的问题1)选择合适的外部熔断器，以避免因内部短路对整流器件的损坏变频器的型号确定后，若变频器内部整流电路前没有保护硅器件的快速熔断器，变频器与电源之间应配置符合要求的熔断器和隔离开关，不能用空气断路器代替熔断器和隔离开关。2)选择变频器的引入和引出电缆根据变频器的功率选择导线截面合适的三芯或四芯屏蔽动力电缆。尤其是从变频器到电机之间的动力电缆一定要选用屏蔽结构的电缆，且要尽可能短，这样可降低电磁

15、辐射和容性漏电流。当电缆长度超过变频器所允许的输出电缆长度时，电缆的杂散电容将影响变频器的正常工作，为此要配置输出电抗器。对于控制电缆，尤其是 I/0 信号电缆也要用屏蔽结构的。 对于变频器的外围元件与变频器之间的连接电缆其长度不得超过 10m。3)在输入侧装交流电抗器或 EMC 滤波器根据变频器安装场所的其它设备对电网品质的要求，若变频器工作时已影响到这些设备的正常运行，可在变频器输入侧装交流电抗器或 EMC 滤波器，抑制由功率器件通断引起的电磁干扰。若与变频器连接的电网的变压器中性点不接地，则不能选用 EMC 滤波器。当变频器用 500V 以上电压驱动电机时，需在输出侧配置 du/dt 滤

16、波器，以抑制逆变输出电压尖峰和电压的变化，有利于保护电机，同时也降低了容性漏电流和电机电缆的高频辐射，以及电机的高频损耗和轴承电流。使用 du/dt 滤波器时要注 意滤波器上的电压降将引起电机转矩的稍微降低;变频器与滤波器之间电缆长度不得超过 3m。5、结语 .26变频器的选型是一项需要认真对待的工作，目前市场上低压通用变频器的品种及规格很多，选择时应按实际的负载特性，以满足使用要求为准，以便做到量才使用，经济实惠。变频器的组成与常见故障及维修对策1、引言变频调速技术是现代电力传动技术重要发展的方向，随着电力电子技术的发展方向，随着电力电子技术的发展，交流变频技术从理论到实际逐渐走向成熟。变频

17、器不仅调速平滑，范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果明显。因此，交流变频调速已逐渐取代了过去的传统滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统，越来越广泛的应用于冶金、纺织、印染、烟机生产线及楼宇、供水等领域。但是由于受到环境，使用年限以及人为操作等因素，影响变频器的使用寿命大为降低，同时使用中也出现了各种各样的故障。下面我们就变频器的组成与常见故障及对策和大家一起探讨变频器构成。一般分为整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路等几大部分。2、整流电路整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。整流电路一般都是单独的一 块整流模块，但不少整流电路与逆变电路二者合一的模块如富士 7MBI 系

18、列。整流模块损坏是变频器常见故障，在静态中通过万用表电阻挡正反向的测量来判断整流模块是否损坏，当然我们还可以用耐压表来测试。有的品牌变频器整流电路，上半桥为可控硅，下半桥为二极管。如大功率的丹佛斯、台达等。判断可控硅好坏的简易方法，可在控制极加上直流电压(10V 左右)看它正向能否导通。这样基本大致能判断出可控硅的好坏。另外，富士变频器 G9S(P9S)11kw 以下的整流模块的特点为该模块集中五种功能。整流，预充电可控硅，制动管，电源开关管，热敏电阻。如 CVM40CD120 整流模块引脚及功能的名称，供同行参考。整流： R、S、T、A(+) N-(-) 充电可控硅：A1、P1、G+n(触发

19、)制动管： DB、N_、G7(触发) DB1 B+是其续流二极管 电源开关管：D8、S8、G8热敏电阻： Th1 Th2G9S(P9S)15kw22kw，整流模块为(VM100BB160)它的功能除整流外还有预充电可控硅。功率在 30kw 以上的为整流模块单一整流功能。功率 75kw以上为多组并联整流模块。3、平波电路平波电路在整流器、整流后的直流电压中含有电源 6 倍频率脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动，为了抑制电压波动采用电感和电容吸收脉动电压(电流)，一般通用变频器电源直流部分对主电路构成器件有余量，省去电感而采用简单电容滤波平波电路。对滤波电容进行容量与耐压的测试，我

20、们还可以观察电容上的安全阀是否爆 开。有没有漏液现象来判断的它的好坏。4、控制电路现代变频调速基本系用 16 位、32 位单片机或 DSP 为控制核心，从而实现 全数字化控制。变频器是输出电压频率可调的调速装置。提供控制信号的回路称为主控制电路，控制电路由以下电路构成：频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”。运算电路的控制信号进放大的“驱动电路”以及逆变器和电动机的“保护电路”，但实际使用变频器时，其维护工作也比较复杂。这里就变频器控制电路故障报警产生原因提供以下一些处理方法。常用变频器在使用中，是否能满足传动系统要求，变频器参数设置尤为重要。 设置

21、不正确会导致变频器报警而不能正常工作。5、参数设置变频器出厂时，厂家对每个参数都预设一个值这些参数叫出厂(缺省)值。一般缺省值并不能满足大多数传动系统的要求。所以用户在正确使用变频器之前，要求对变频器参数做如下设置：确认电机参数设定电机的功率、电流、电压、转速、最大频率。这些参数可 以从电机铭牌中直接得到变频器采取的控制方式，即速度控制、转拒控制、PID 或其它方式。选定控制方式后，一般要根据控制精度需要进行静态或动态辨别。设定变频器的启动方式，一般变频器在出厂时设定从面板启动，用户可以根据实际情况选择启动方式。可以用面板、外部端子、通讯方式等几种。给定信号的选择，一般变频器的频率给定也可以有

22、多种方式。面板给定、外部给定、外部电压或电流给定、通讯方式给定。当然对于变频给定也可以是这几种方式的一种或几种方式之和，正确设置以上参数后，变频器基本能正常工作，如要获得更好的控制效果则只能根据实际情况修改相关参数。一旦发生参数设置鼓掌，可根据说明书进行修改参数.如果不行可数据初始化，恢复缺省值.然后按上述步骤重新设置，对于不同品牌的变频器其参数恢复出厂值方式也不同。6、逆变电路逆变电路同整流电路相反，逆变电路是将直流电压变换为所要频率的交流电 压，以所确定的时间使上桥 5 个，下桥 6 个功率开关器件导通和关断。从而可以在输出端 U、V、W 三相上得到相位互相差 2/3的三相交流电压。逆变电

23、路通常指的就是 IGBT 逆变模块(早期生产的变频器为 GTR 等功率 模块)IGBT 模块损坏也是变频器常见的故障。对于 IGBT 模块，我们介绍最简单的测量方法(专业不是这样测量)用指针万用表电阻 10k 档表棒去触发 GwEw(黑笔碰 Gw，红笔碰 Ew)则 P 到 W 可导通。当 Gw Ew 短路，P 到 W 则关闭，其它各管引脚同理。测量耐压值可用晶体管参数测试仪，但是要短接触发端 G-E 才能测 C-E 的耐压值。IGBT 模块损坏，大多情况下会损坏驱动元器件。最容易损坏的器件是稳压管及光耦。反过来如驱动电路的元件有问题如电容漏液、击穿、光耦老化，也会导致 IGBT 模块烧坏或变频

24、输出电压不平衡。检查驱动电路是否有问题，可在没通电时比较一下各路触发端电阻是否一致。通电开机可测量触发端的电压波形。但是有的变频器不装模块开不了机，这时在模块 P 端串入假负载防止检查 时误碰触发端或其他线路引起烧坏模块。结束语变频器的科技含量较高，是强电与弱电相结合的，因此其故障多种多样。我们只能从实践中不断的总结、探索出一套快速有效处理变频器故障的办法。以上只是本人在实践中的一点心得。希望与大家共同讨论，同时我们也希望更好的为 广大客户服务。变频器参数功能及设置浅谈1 、引言随着电力电子技术和自动化技术的不断进步和发展，各类低压变频器的性能也越来越先进，无论是在温升、体积、噪声还是功能、输

25、出特性等方面都有了很大的进步。随之变频器的各项参数也越来越多，参数值的设置也越来越复杂。而且很多参数都是相互关联、相互影响的，必须要对各参数项的功能特性完全了解并综合考虑、计算，才能完成正确的设置。同时，许多参数和实际使用情况有很大关系，这就要求技术人员对整个控制系统非常熟悉，才能保证变频器正常、高效的应用。2、频率范围设定(1) 最高频率(FUN04)是变频器所能输出的最高频率。设定最高频率时，要当心不要超过电机所能承受的最高频率。最高频率一般设定为电机的额定频率。(2) 转折频率(FUN05)是变频器开始输出额定电压的最低频率。从转折频率起输出电压保持不变。可在最高频率范围内设定。(3)

26、起始频率(FUN06)是变频器开始输出电压的最低频率。最高频率、转折频率、起始频率三者之间的关系如图 1 所示。图 1 最高频率、转折频率、起始频率三者之间的关系(4) 上、下限频率(FUN26、27)是用来限制运行频率，将运行频率限制在变频器控制方式 低压通用变频输出电压为380650V，输出功率为0.75400kW，工作频率为0400Hz，它的主电路都采用交直交电路。其控制方式经历了以下四代。 1 U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式 其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，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，

27、由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。 2 电压空间矢量（SVPWM）控制方式 它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时

28、定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。 3 矢量控制（VC）方式 矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对

29、速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。4 直接转矩控制（DTC）方式 1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的

30、大功率交流传动上。 直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。 5 矩阵式交交控制方式 VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交直交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交交变频应运而生。由于矩阵式交交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且

31、能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。具体方法是：控制定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感器方式； 自动识别（ID）依靠精确的电机数学模型，对电机参数自动识别；算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制； 实现BandBand控制按磁链和转矩的BandBand控制产生PWM信号，对逆变器开关状态进行控制。 矩阵式交交变频具有快速的转矩响应（2ms），很高的速度精度（2，无PG反馈），高转矩精度（3）；同时还具有较高的起动转矩及高转矩精度，尤其在低速时（包括0速度时），可输出150200转矩。