如何使用VFD驱动感应电机

使用VFD驱动感应电机有两种常见的方法-线性标量控制，通常标记为V/f，以及矢量或磁场定向控制，这可能更难以理解。

变频驱动器是控制三相感应电机的行业标准方法。VFD的输出会产生一个直流脉冲，该脉冲的宽度随着电流在交流正弦曲线中上升和下降而变化，包括正负，与电机的每条三相线相协调。

当电流通过电机中的线圈时，会通过感应的概念产生磁场。该磁场迫使转子在其内部轴承上平稳旋转，三相的和谐平稳地产生旋转力和方向。

VFD制造商将说明驱动技术的方法。通常，数据表或产品规格表会列出控制方法，其中可能包括标量或向量，或两者兼有。

标量V/f控制

这种更基本的控制的通用术语是每赫兹伏特，指的是随着所需速度的增加提供更多电压。这是一种易于理解的控制方法，尽管VFD提供脉冲输出的能力允许该方法仍然有效地运行。当VFD输出脉冲打开和关闭时，相对“开启时间”会提供等效电压，但在提供电力时，它是在最大电压下完成的。该等效电压是用于伏特/赫兹测量的参考点。

如果速度是0Hz，则提供相当于0伏的电压。全速时，当频率为60Hz（欧洲为50Hz）时，等效电压为208/230或480，具体取决于电机接线和VFD额定值。线性计算将为0到最大值之间的任何频率提供所需的电压。

由于这种线性输出，这种控制方法称为伏特/赫兹或V/f（频率）。线性或标量控制也是这种方法的常用术语。

矢量FOC控制

在数学中，向量由两个相互垂直的量组成。在复杂的数学中，这是实数和虚数在90度相对平面中的组合效应。这两个量的最终组合效应是输送到电机的电流。

矢量控制VFD仍使用脉冲宽度控制（PWM）向电机线圈提供精心控制的电流，但矢量控制决定了电流的计算方式。

此计算中的这两个直角相反量是电机的磁通量电流，以及为励磁绕组产生电流的转矩电流。这种控制方法通常被称为面向场的控制（或FOC）。

在标准V/f驱动单元中，产生电流的计算假定电压的每次增加都会产生电流的一致增加-即完美的线性。实际上，这是不正确的，任何参数变化，包括旧电机的摩擦、环境或负载条件的温度，甚至负载本身的变化都会导致电机响应这些变化。结果是电机将无法快速响应变化。

当磁通量电流和转矩电流被独立测量和传递时，控制器可以跟踪这些值以及电机温度和负载的已知条件，并且可以更连续地重新计算电机线圈的正确输出。

矢量控制需要有关电机的更多信息：

当前值

可以使用小型霍尔效应传感器在驱动器中同时测量磁通和转矩的电流分量。

电机位置

必须非常精确地知道电机位置，以便为每个线圈提供适当的电流分量。在过去，这需要一个编码器或一些其他位置反馈。在许多情况下，这仍然用于提高准确性，但现代微处理器能够更好地基于电流的恒定值和电机参数的正确输入来跟踪运动。这称为开环控制。

电机温度

电机的温度会极大地影响效率，其中大部分电流以热量而不是磁力的形式耗散。通过适当考虑电机和系统，可以预测这些温度变化。尽管再一次，传感器数据可能会提高准确性。

控制输出

了解电流值、位置和系统特性后，可以对输出进行实时建模和调整。这需要能够执行高级计算的控制器，通常包括PI或PID控制器以实现更准确的响应，并且必须每秒执行数千次。对于简单的微处理器来说，这不是一项小任务，而且直到最近，完成这项任务的成本更高。

随着控制电子设备变得更强大、更便宜和更小，预计更多的驱动单元将依赖于矢量控制提供的更准确的输出。