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什么是正弦波控制器?

作者:nest      浏览次数:275     发布时间:2014-02-12

达姆施塔特工业大学的K. Hasse及西门子公司的F. Blaschke分别在1968年及1970年代初期提出矢量控制的概念。Hasse提出的是间接矢量控制,Blaschke提出的是直接矢量控制。布伦瑞克工业大学的维尔纳·莱昂哈德(Leonhard further)进一步开发磁场导向控制的控术,因此交流马达

驱动器开始有机会取代直流马达驱动器。

由于异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统,

矢量控制的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量,根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制,从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制,并同时控制两分量间的幅值和相位,即控制定子电流矢量,所以称这种控制方式称为矢量控制方式。

 矢量控制(vector control)也称为磁场导向控制(field-oriented control,简称FOC),是一种利用变频器(VFD)控制三相交流马达的技术,利用调整变频器的输出频率、输出电压的大小及角度,来控制马达的输出。其特性是可以个别控制马达的的磁场及转矩,类似他激式直流马达的特性。由于处理时会将三相输出电流及电压以矢量来表示,因此称为矢量控制。矢量控制器又俗称正弦波控制器

矢量控制可以适用在交流感应马达及直流无刷马达,早期开发的目的为了高性能的马达应用,可以在整个频率范围内运转、马达零速时可以输出额定转矩、且可以快速的加减速。不过相较于直流马达,矢量控制可配合交流马达使用,马达体积小,成本及能耗都较低,因此开始受到产业界的关注。矢量控制除了用在高性能的马达应用场合外,也已用在一些家电的应用中。目前矢量控制算法已被广泛地应用在siemens,AB,GE,Fuji等国际化大公司变频器上。

以异步电动机的矢量控制为例:

   它首先通过电机的等效电路来得出一些磁链方程,包括定子磁链,气隙磁链,转子磁链,其中气息磁链是连接定子和转子的.一般的感应电机转子电流不易测量,所以通过气息来中转,把它变成定子电流.

   然后,有一些坐标变换,首先通过3/2变换,变成静止的d-q坐标,然后通过前面的磁链方程产生的单位矢量来得到旋转坐标下的类似于直流机的转矩电流分量和磁场电流分量,这样就实现了解耦控制,加快了系统的响应速度.

   最后再经过2/3变换,产生三相交流电去控制电机,这样就能使得了电机有了良好的使用性能.

 

正弦波控制的特点:

·         要量测(或是估测)马达的速度或位置,若估测马达的速度,需要马达电阻及电感等参数,若可能要配合多种不同的马达使用,需要自动调适(autotuning)程序来量测马达参数。

·         借由调整控制的目标值,转矩及磁通可以快速变化,一般可以在5-10毫秒内完成。

·         若使用PI控制,步阶响应会有过冲。

·         功率晶体的切换频率(载波)一般为定值。

·         转矩的精确度和控制系统中使用的马达参数有关,因此若因为马达温度变化.造成转子电阻阻值提高.会造成误差的变大。

·         对处理器效能的要求较高,至少每一毫秒需执行一次马达控制的算法。

 


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