저-전압 범용 가변 주파수 드라이브는 출력 전압이 380~650V, 출력 전력이 0.75~400kW, 작동 주파수가 0~400Hz입니다.
주요 회로는 모두 AC-DC-AC 회로를 사용합니다. 이들의 제어 방법은 다음 4세대를 거쳤습니다.
SPWM(사인 펄스 폭 변조) 제어 방법
그 특징은 간단한 제어 회로 구조, 저렴한 비용, 우수한 기계적 특성을 포함하여 일반 드라이브의 원활한 속도 제어 요구 사항을 충족합니다. 다양한 산업분야에서 널리 사용되고 있습니다. 그러나 저주파에서는 출력전압이 낮기 때문에 고정자 저항 전압강하에 의해 토크가 크게 영향을 받아 최대 출력 토크가 감소하게 됩니다. 또한, 기계적 특성이 DC 모터만큼 견고하지 않으며, 동적 토크 성능과 정적 속도 제어 성능도 완전히 만족스럽지 않습니다. 시스템 성능이 높지 않고, 제어 곡선이 부하 변화에 따라 변하며, 토크 응답이 느리고, 모터 토크 활용도가 낮습니다. 저속에서는 고정자 저항과 인버터 데드존 효과로 인해 성능이 떨어지며 안정성도 나빠진다. 따라서 연구자들은 벡터 제어 가변 주파수 속도 조절을 개발했습니다.
전압 공간 벡터 펄스 폭 변조(SVPWM) 제어 방법
이 방법은 3{0}}상 파형의 전반적인 생성 효과를 기반으로 하며 모터 공극에서 이상적인 원형 회전 자기장 궤적을 근사화하는 것을 목표로 합니다. 원에 근사하기 위해 내접 다각형을 사용하여 한 단계로 3{2}}위상 변조 파형을 생성합니다. 실제 사용 후 속도 제어 오류를 없애기 위해 주파수 보상을 도입하여 개선되었습니다. 저속에서 고정자 저항의 영향을 제거하기 위해 피드백을 통해 자속 진폭을 추정하는 단계; 출력 전압과 전류 루프를 닫아 동적 정확성과 안정성을 향상시킵니다. 그러나 제어회로에 구성요소가 많고 토크 조절 기능이 도입되지 않아 시스템 성능이 근본적으로 개선되지 않았다.
벡터 제어(VC) 방법
벡터 제어 가변 주파수 속도 조절에는 3상 좌표계의 비동기 모터의 고정자 전류 Ia, Ib 및 Ic를 3상에서 2상으로의 변환을 통해 2-상 고정 좌표계의 등가 AC 전류 Ia1 및 Ib1로 변환하는 작업이 포함됩니다.- 그런 다음 회전자 자기장에 의한 회전 변환을 통해 동기 회전 좌표계에서 등가 DC 전류 Im1 및 It1로 변환됩니다(Im1은 DC 모터의 여자 전류에 해당하고 It1은 토크에 비례하는 전기자 전류에 해당). 그런 다음 DC 모터의 제어 방법을 모방하여 DC 모터의 제어량을 얻습니다. 해당 역좌표 변환을 통해 비동기 모터의 제어가 달성됩니다. 본질적으로 이는 AC 모터를 DC 모터로 변환하고 속도 및 자기장 구성 요소를 독립적으로 제어하는 것과 같습니다. 회전자 자속 쇄교를 제어한 다음 고정자 전류를 분해하여 토크 및 자기장 성분을 얻음으로써 좌표 변환을 통해 직교 또는 분리 제어가 달성됩니다. 벡터 제어 방식의 도입은 획기적이었습니다. 그러나 실제 응용에서는 회전자 자속쇄교를 정확하게 관찰하기 어렵기 때문에 시스템 특성은 모터 매개변수에 의해 크게 영향을 받으며, 등가 DC 모터 제어 과정에 사용되는 벡터 회전 변환은 복잡하여 실제로 이상적인 분석 결과를 얻기가 어렵습니다.
직접 토크 제어(DTC) 방식
직접 토크 제어 가변 주파수 기술은 1985년 독일 루르대학교 드펜브록(DePenbrock) 교수가 처음으로 제안했다. 이 기술은 위에서 언급한 벡터 제어 방식의 단점을 상당부분 해결하였으며, 새로운 제어 개념, 단순하고 명확한 시스템 구조, 뛰어난 동적 및 정적 성능으로 인해 급속도로 발전해 왔습니다. 이 기술은 전기 기관차 견인용 고전력 AC 드라이브에 성공적으로 적용되었습니다. 직접 토크 제어는 고정자 좌표계에서 AC 모터의 수학적 모델을 직접 분석하고 모터의 자속 쇄교 및 토크를 제어합니다. AC 모터를 동등한 DC 모터로 변환할 필요가 없으므로 벡터 회전 변환에서 복잡한 계산이 많이 필요하지 않습니다. DC 모터의 제어를 모방할 필요도 없고 디커플링을 위해 AC 모터의 수학적 모델을 단순화할 필요도 없습니다.
매트릭스 컨버터 제어 방법
VVVF 가변 주파수, 벡터 제어 가변 주파수 및 직접 토크 제어 가변 주파수는 모두 AC-DC-AC 주파수 변환 유형입니다. 일반적인 단점으로는 낮은 입력 역률, 큰 고조파 전류, DC 회로에 큰 에너지 저장 커패시터가 필요하고 재생 에너지를 전력망에 다시 공급할 수 없다는 점 등이 있습니다. 즉, 4개 사분면에서 작동할 수 없습니다. 따라서 매트릭스 변환기가 등장했습니다. 매트릭스 컨버터는 중간 DC 링크를 제거하므로 크고 값비싼 전해 커패시터가 필요하지 않습니다. 역률 1, 정현파 입력 전류, 4-사분면 작동을 달성하여 높은 전력 밀도를 얻을 수 있습니다. 이 기술은 아직 성숙되지 않았지만 심층적인 연구를 위해 많은 학자들의 관심을 계속 끌고 있습니다.- 그 본질은 전류, 자속 등을 간접적으로 제어하는 것이 아니라 토크를 직접 제어하는 것입니다. 구체적인 방법은 다음과 같습니다.
고정자 자속 관측기를 도입하여 고정자 자속을 제어하여 센서리스 제어 방법을 구현합니다.
자동 식별(ID)은 정확한 모터 수학적 모델을 기반으로 모터 매개변수를 자동으로 식별합니다.
실시간 제어를 위한 고정자 임피던스, 상호 인덕턴스, 자기 포화 인자, 관성 등의 실제 값을 계산하여 실제 토크, 고정자 자속 및 회전자 속도를 계산합니다.-
대역-대역 제어 구현: 대역-을 기반으로 PWM 신호를 생성하여 자속 및 토크의 대역 제어를 수행하여 인버터의 스위칭 상태를 제어합니다.
매트릭스 컨버터는 빠른 토크 응답을 제공합니다(<2ms), high speed accuracy (±2%, without PG feedback), and high torque accuracy (<+3%); they also have high starting torque and high torque accuracy, especially at low speeds (including zero speed), where they can output 150% to 200% torque.