1. 启动转矩的提升
因系统低频时 R1 上压降影响,使系统启动转矩随 ω1 下降而减小,为此变频器设转矩提升功能。该功能可调整低频区域电动机力矩、使之与负荷配合、增大启动转矩;可选择自动转矩提升与手动转矩提升模式,其原理是提升定子电压也就相应提高启动转矩。但提升电压设置过高将导致电流过大、引起电动机饱和、过热或过电流跳闸。如 1336PLUS 系列变频器的转矩提升功能可自动调整提升电压以产生所需电压,可根据预定的所需电流选择提升电压;转矩提升在控制电流的同时使电动机处于最佳运行状态。选择手动转矩提升时要结合实际设定转矩提升值。
2. 改善低频转矩脉动
变频器构成的交流调速系统的低频转矩脉动直接影响系统动态特性,生产厂与系统集成工程技术人员都在努力改善低频区脉动。如采用磁通控制方式、正弦波 PWM 控制方式,它不是按调制正弦波与载波的交点控制 GTR 导通与关断,而是始终使异步电动机磁通接近正弦波、按旋转磁场轨迹是圆形来决定 GTR 导通规律,从而在很低频率下保证电动机低速时旋转均匀,扩大变频调速范围、抑制电动机振动与噪声。圆形旋转磁场的实现,是通过检测磁通使控制环节随时判断实际磁通是否超过误差范围,来改变 GTR 工作模式,保证旋转磁场轨迹呈圆形以减小转矩脉动。
3. 圆周 PWM 方法降低转矩脉动
“圆周”含义是指定子磁链 ψ1 空间矢量在高斯平面中沿着非常接近圆的多边形,以降低电动机脉动转矩为目的确定电压脉冲宽度与位置。三相逆变器为全波桥式结构,若其运行在交流输出端(a、b、c)之一接通直流母线(+、-)之一时、剩下两个交流输出端同时接到另一直流母线的方式,交流输出端接直流母线方式有 6 种,导致定子电压 U1 空间矢量有 6 个位置(图4-19(b)),6 种开/关状态对应 U1 的 6 种位置。图中粗线位置表示开关 1、3、6 处于开的位置。
图4-19 GTR 导通位置图
投影所产生的瞬时相电压为 Ua=Ub=1/3·Udc、Uc=-2/3·Udc,其余类推,Ua、Ub、Uc 为三相输出瞬时相电压。若 Ia+Ib+Ic=0,由空间矢量在 A、B、C 轴上垂直投影即可得 Ua、Ub、Uc。除 6 种开/关状态外,还有使开关 1、3、5 或 2、4、6 同时关断的两种状态,此时交流输出端 a、b、c 接同一电位、U1 及 Ua、Ub、Uc 顺次变为零。将该运行方式应用于三电平 PWM 逆变器,可获得较两电平 PWM 更低的谐波成分。
PWM 形式是一种斩波准方波调制,负载相电压由矩形段与零电压段(U1=0)组成。每个电压脉冲时刻矢量 ψ1 以恒定线速度移动、零电压段保持静止。因矢量 ψ1 以恒定角速度 ω1 转动,ψ1 与 ψ1 间夹角 δ 出现,故电压斩波是引起高频转矩脉动的主要原因,其频率与输出电压脉冲频率相同。这是 PWM 自身固有的,高频转矩脉动很难消除、叠加于低频转矩脉动之上。消除系统低频转矩脉动可从两种方式入手:①在电压脉冲中间点时刻,矢量 ψ1、ψ1 间夹角 δ 稳态运行时对所有脉冲保持恒定,消除由 δ 变化产生对低频转矩(频率 6F1)的影响;空载时 δ=0,尽管 ψ1 幅值变化,低频转矩脉动仍完全消除。②恒定负载时(δ≠0),仅 ψ1 幅值变化引起低频转矩脉动,而负载引起 ψ1 幅值变化可忽略,故须获得较接近圆形轨迹的 ψ1 矢量轨迹。
圆周 PWM 利用空载矢量 ψ1 空间位置来确定电压脉冲中间点,即晶闸管导通段及零电压段的合理组合,可产生幅值变化可忽略的 ψ1。ψ1 停止时刻(零电压段)用圆点标出,确定电压脉冲位置使它们对称于各横坐标中间点;脉冲宽度(持续时间)与横坐标长度对应、由所需输出电压确定。自然电压波形周期由 ψ1 矢量沿多边形转一周所需时间确定。此方法在保持输出电压零到最大值可变的同时,可有效消除低频转矩脉动。