PLC智能信息处理的扶梯节能控制系统设计与开发(8)
变频调速有两种思路：一种是当电动机频率f<电动机额定频率 时，要保持电压U与频率f恒定，即U/f=常数，此时为恒转矩调速。另一种是当电动机频率f>电动机额定频率 时，保持电压U等于电动机额定电压 ，此时为恒功率调速。这两种变频调速方式的电动机机械特性曲线如图2-7变频调速图所示。
（b）f> 时
图2-7 变频调速图
目前变频技术对电动机的控制方式大体可以分为U/f恒定的正弦脉宽调制(SPWM)控制; 转差频率控制; 矢量控制; 直接转矩控制; 非线性控制; 自适应控制; 滑模变结构控制; 智能控制。前四种已获得成功应用，并有相应的产品投放市场。以下就对这四种控制方式进行简单的分析[20] [22]。
（1） U/f恒定的正弦脉宽调制(SPWM)控制
U/f控制是在改变电动机电源频率f的同时改变电动机电源的电压U，从而使电动机磁通Φ保持不变，从而在较宽的调速范围内，使得电动机的效率、功率因数不下降。随着频率f和电压U的降低，电动机的漏阻抗电压降的作用明显，所以在实际的变频调速中，随着f的降低，要适当提高U/f的值，进而对漏阻抗电压降进行适当的补偿。这种控制方式存在的主要问题是低速性能较差，转速极低时，电磁转矩无法克服较大的静摩擦力，不能恰当的调整电动机的转矩补偿和适应负载转矩的变化; 其次是无法准确的控制电动机的实际转速。由于恒U/f变频器是转速开环控制，由图2-8异步电动机的机械特性图可知，设定值为定子频率也就是理想空载转速，而电动机的实际转速由转差率所决定，所以U/f恒定控制方式存在的稳定误差不能控制，故无法准确控制电动机的实际转速。
图2-8 异步电动机的机械特性图
（2） 转差频率控制
转差频率是施加于电动机的交流电源频率与电动机速度的差频率。根据异步电动机稳定数学模型可知，当频率一定时，异步电动机的电磁转矩正比于转差率，机械特性为直线。
转差频率控制就是通过控制转差频率来控制转矩和电流。转差频率控制需要检出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，然后以电动机速度与转差频率之和作为变频器的给定频率，是对U/f恒定控制的一种改进。与U/f恒定控制相比，其加减速特性和限制过电流的能力得到提高。另外它设有速度调节器，利用速度反馈构成闭环控制，使得变频器具有良好的稳定性，对急加急减速和负载的变动有良好的适应性，速度的静态误差较小。然而要达到自动控制系统稳态控制的要求，其动态性能还不够。
（3） 矢量控制
矢量控制也称磁场定向控制，是一种高性能的异步电动机控制方式。它是70年代初由西德F.Blasschke等人首先提出，以直流电机和交流电机比较的方法阐述了这一原理，由此开创了交流电动机和等效直流电动机的先河。矢量控制变频调速的原理是将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流 、 、 ，通过三相-二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流 、 ，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流 、 ( 相当于直流电动机的励磁电流; 相当于直流电动机的电枢电流)，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换实现对异步电动机的控制。矢量控制方法的出现，使异步电动机变频调速在电动机的调速领域里全方位的处于优势地位。但是，矢量控制技术依据的是被控异步电动机的参数，所以需要对电动机参数进行正确估算，一般参数的采集使用的是速度传感器和编码器，如何提高参数的准确性是一直研究的课题。