根据生产工艺要求、变频器型式与电动机种类,会出现多种多样的变频调速控制方案。以下介绍采用交-直-交(AC-DC-AC)变频器构成调速系统的四种控制方案。
1. 通用变频器开环控制的异步电动机调速系统
图9-2 开环异步电动机变频调速
该控制方案结构简单、可靠性高,但因是开环控制,其调速精度与动态响应特性并不十分理想,尤其低速区域电压调整较困难,不可能得到较大调速范围与较高调速精度。异步电动机转差率、转速随负荷力矩变化而变动,即使有些变频器具有转差补偿与转矩提升功能,转速精度也难以达到 0.5%。故该方案适用于一般要求不高的调速场合,如风机、水泵等机械。
2. 无速度传感器的矢量控制异步电动机变频调速系统
图9-3 矢量控制变频器的异步电动机变频调速
对比图9-2 与图9-3,两者差别仅在所用的变频器不同。因使用无速度传感器矢量控制变频器,可分别对异步电动机磁通与转矩电流进行检测、控制,自动改变电压与频率,使转速指令值与检测实际值一致,从而实现矢量控制。虽为开环控制,但大大提升静态精度与动态品质,转速精度约 0.5%、转速响应较快。若生产工艺对调速要求不是十分高,采用无传感器矢量控制的异步电动机变频调速很合适,可达控制结构简单、可靠性高的效果。
3. 带速度传感器矢量控制异步电动机闭环变频调速系统
图9-4 异步电动机闭环控制变频调速
图中 WVF 为通用变频器、IM 为异步电动机、PG 为速度脉冲发生器。矢量控制异步电动机闭环变频调速是一种理想控制方式,优点:①可从零转速起进行速度控制,低速运行也有较好特性,调速范围很宽,可达 100:1 或 1000:1;②可对转矩实行精确控制;③系统动态响应速度快;④电动机加速度特性好。
该技术性能虽好,但需在异步电动机轴上安装速度传感器,严格讲降低了异步电动机结构坚固、可靠性高的特点;某些情况下因电动机本身或环境因素无法安装速度传感器;多了反馈电路与环节也增加系统故障机率。因此只有对调速范围、转速精度与动态品质要求都特别高的工艺设备,才采用该方案。
4. 永磁同步电动机开环控制的变频调速系统
图9-5 永磁同步电动机开环变频调速
该控制方案具控制电路简单、可靠性高的特点。因是同步电动机,其转速始终等于同步转速 n0=60f/P,只取决供电频率 f、与负载大小无关(除非负载转矩大于或等于失步转矩时失步、转速迅速停止)。永磁同步电动机开环调速系统机械特性为硬特性,曲线为一根平行横轴的直线。若采用高精度变频器(数字设定频率精度可达 0.01%),开环控制下同步电动机转速精度为 0.01%。因同步电动机转速精度与变频器频率精度一致(开环时),特别适合多电动机同步传动、静态转速精度要求高(0.5%~0.01%)的纺织机械设备。对同步电机调速系统的动态品质,若采用通用变频器 U/f 控制响应较慢,采用矢量控制变频器响应很快。