如何使用VFD驅(qū)動感應電機

使用VFD驅(qū)動感應電機有兩種常見的方法-線性標量控制，通常標記為V/f，以及矢量或磁場定向控制，這可能更難以理解。

變頻驅(qū)動器是控制三相感應電機的行業(yè)標準方法。VFD的輸出會產(chǎn)生一個直流脈沖，該脈沖的寬度隨著電流在交流正弦曲線中上升和下降而變化，包括正負，與電機的每條三相線相協(xié)調(diào)。

當電流通過電機中的線圈時，會通過感應的概念產(chǎn)生磁場。該磁場迫使轉(zhuǎn)子在其內(nèi)部軸承上平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，三相的和諧平穩(wěn)地產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力和方向。

VFD制造商將說明驅(qū)動技術(shù)的方法。通常，數(shù)據(jù)表或產(chǎn)品規(guī)格表會列出控制方法，其中可能包括標量或向量，或兩者兼有。

標量V/f控制

這種更基本的控制的通用術(shù)語是每赫茲伏特，指的是隨著所需速度的增加提供更多電壓。這是一種易于理解的控制方法，盡管VFD提供脈沖輸出的能力允許該方法仍然有效地運行。當VFD輸出脈沖打開和關(guān)閉時，相對“開啟時間”會提供等效電壓，但在提供電力時，它是在最大電壓下完成的。該等效電壓是用于伏特/赫茲測量的參考點。

如果速度是0Hz，則提供相當于0伏的電壓。全速時，當頻率為60Hz（歐洲為50Hz）時，等效電壓為208/230或480，具體取決于電機接線和VFD額定值。線性計算將為0到最大值之間的任何頻率提供所需的電壓。

由于這種線性輸出，這種控制方法稱為伏特/赫茲或V/f（頻率）。線性或標量控制也是這種方法的常用術(shù)語。

矢量FOC控制

在數(shù)學中，向量由兩個相互垂直的量組成。在復雜的數(shù)學中，這是實數(shù)和虛數(shù)在90度相對平面中的組合效應。這兩個量的最終組合效應是輸送到電機的電流。

矢量控制VFD仍使用脈沖寬度控制（PWM）向電機線圈提供精心控制的電流，但矢量控制決定了電流的計算方式。

此計算中的這兩個直角相反量是電機的磁通量電流，以及為勵磁繞組產(chǎn)生電流的轉(zhuǎn)矩電流。這種控制方法通常被稱為面向場的控制（或FOC）。

在標準V/f驅(qū)動單元中，產(chǎn)生電流的計算假定電壓的每次增加都會產(chǎn)生電流的一致增加-即完美的線性。實際上，這是不正確的，任何參數(shù)變化，包括舊電機的摩擦、環(huán)境或負載條件的溫度，甚至負載本身的變化都會導致電機響應這些變化。結(jié)果是電機將無法快速響應變化。

當磁通量電流和轉(zhuǎn)矩電流被獨立測量和傳遞時，控制器可以跟蹤這些值以及電機溫度和負載的已知條件，并且可以更連續(xù)地重新計算電機線圈的正確輸出。

矢量控制需要有關(guān)電機的更多信息：

當前值

可以使用小型霍爾效應傳感器在驅(qū)動器中同時測量磁通和轉(zhuǎn)矩的電流分量。

電機位置

必須非常精確地知道電機位置，以便為每個線圈提供適當?shù)碾娏鞣至?。在過去，這需要一個編碼器或一些其他位置反饋。在許多情況下，這仍然用于提高準確性，但現(xiàn)代微處理器能夠更好地基于電流的恒定值和電機參數(shù)的正確輸入來跟蹤運動。這稱為開環(huán)控制。

電機溫度

電機的溫度會極大地影響效率，其中大部分電流以熱量而不是磁力的形式耗散。通過適當考慮電機和系統(tǒng)，可以預測這些溫度變化。盡管再一次，傳感器數(shù)據(jù)可能會提高準確性。

控制輸出

了解電流值、位置和系統(tǒng)特性后，可以對輸出進行實時建模和調(diào)整。這需要能夠執(zhí)行高級計算的控制器，通常包括PI或PID控制器以實現(xiàn)更準確的響應，并且必須每秒執(zhí)行數(shù)千次。對于簡單的微處理器來說，這不是一項小任務，而且直到最近，完成這項任務的成本更高。

隨著控制電子設備變得更強大、更便宜和更小，預計更多的驅(qū)動單元將依賴于矢量控制提供的更準確的輸出。