导读:本期主要介绍的是异步电机“恒压频比VF”控制,调制采用SPWM和SVPWM两种方式。
一、前言
标量控制(scalar control):出发点是电动机的稳态数学模型,即稳态的等值电路、向量图以及稳态的转矩方程式,只对变量的大小进行控制,它的控制效果只有在稳态时才符合要求。
矢量控制( vector control):出发点是电动机的动态数学模型,对变量的大小和相位同时进行控制,控制效果在动、稳态都有效。
1.1 背景
随着社会的发展和技术进步,目前工业领域大量使用变频器来控制电机运行,开环的“恒压频比”( V /f)控制,是按照电机稳态关系进行控制的开环系统,相比于矢量控制,由于其简单,受参数变化影响小,成本低等优点,在交流调速领域应用十分广泛。然而,由于没有转矩电流环控制,以及受到定子电阻压降和死区的影响,传统的 V /f 控制方法动态性能差,带负载能力差,严重时运行不稳定,并且在低频率段“很难”实现调速。因此,如何提高 V /f 控制系统的“低速带载”能力以及全频率段的稳定性能,具有很大的研究空间。
1.2 本文安排
先是对VF控制原理进行介绍,然后就控制仿真系统的搭建,分析各个模块实现和波形变化的分析。
二、VVVF(恒压频比)控制
2.1 工作原理
在电机控制过程中,使每极磁通ϕm保持恒定值不变是关键一环。其幅值通常保持为额定值。根据电机学基本原理,异步电机定子每相绕组电动势有效值为:
Eg=kf1ϕm≈Us
式中,Eg为气隙磁通在每相中感应电动势的有效值,k为与电机结构有关的常数,f1为定子电压频率,ϕm为每极气隙磁通量,Us为定子相电压的有效值。由上式可知,只要控制好Eg和f1,便可达到控制磁通有效值ϕm的目的,在基频以下,要保持有效值ϕm不变,当频率f1从电机的额定频率f1N往下调节时必须同时降低Eg,使Eg/f1=const。然而,由于绕组中的气隙感应电动势不能直接被检测到,而定子相电压的基波有效值Us已由变频电源给出,并且当电动势有效值Eg较大时,可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降,认为定子相电压有效值Eg≈Us,即Us/f1=const,这就是“恒压频比VF”的控制方式。
2.2 仿真搭建
发波的方式有正弦脉宽调制SPWM和空间电压矢量脉宽调制SVPWM两种方式。
图1 VF控制系统框图(SPWM)
图2 VF控制系统框图(SVPWM)
图3 VF控制系统仿真模型系统
图4VF控制系统仿真模型波形变化情况
三、总结
从上节的仿真结果可以看出,当电机转速下降时,对应的定子电压也随之下降,与VF的控制原理相对应,说明搭建的VF调速系统的正确性。