ABB变频器的DTC与矢量控制技术是电机驱动技术中的两种重要控制策略,它们各自有不同的理论基础和应用特点,下面将详细探讨这两种技术的核心知识点。
了解矢量控制的基本原理。矢量控制技术在20世纪70年代被西门子工程师F. Blaschke提出,目的在于解决交流电机的转矩控制问题。矢量控制的核心思想在于将交流电机的定子电流矢量分解为励磁电流和转矩电流,通过精确地控制这两部分电流的幅值和相位,可以达到控制交流电机转矩的目的。通过磁场定向,矢量控制能够模拟直流电机的控制方式,从而让交流电机具备与直流电机相似的静、动态性能。矢量控制方式具体包括基于转差频率控制的矢量控制、无速度传感器矢量控制和有速度传感器矢量控制等不同类型。矢量控制算法因为其优异的性能,被广泛应用于各大公司的变频器产品中。目前,一些先进的变频器能够自动检测和辨识电机参数,并相应调整控制算法中的参数,实现对异步电动机的有效矢量控制。
接着,探索直接转矩控制(DTC)的理念。直接转矩控制技术由德国学者Depenbrock教授在1985年提出,该技术将电机与逆变器视为一个整体,直接在定子坐标系内对电机的磁通和转矩进行控制。DTC技术不需要对定子电流进行解耦,也避免了复杂的矢量变换计算,因此控制结构相对简单。它利用空间矢量分析方法,直接在定子坐标系下分析和控制异步电动机的磁链和转矩,通过两点式调节器进行转矩的快速调节,并生成PWM脉宽调制信号以控制逆变器的开关状态。这种控制方式不依赖于电机的数学模型,能够提供非常高的动态响应和精准的转矩控制,是交流调速领域的一种先进控制方法。
进一步,矢量控制算法和直接转矩控制算法的比较。矢量控制(如MM440(VC)和MasterDrive(VC))与直接转矩控制(如ABB ACS600(DTC))在控制性能上存在一些显著差异。调速范围方面,DTC与矢量控制都提供了较宽的调速范围,但是DTC的静态速度精度与力矩控制精度相对更高,不过力矩上升时间的范围较宽,表明DTC在转矩响应方面可能比矢量控制略逊一筹,但在实际应用中这种差异可能不明显。力矩脉动方面,DTC控制的脉动在某些情况下可能比矢量控制更大,但也有些情况下可以达到较低的水平。
值得注意的是,直接转矩控制DTC和矢量控制是变频器的两种不同控制算法。在某些变频器产品中,比如SIEMENS的MM440/6SE70,虽然具备矢量控制算法,也提供了转矩控制功能,但这并不是DTC技术。用户在选择变频器时应注意到这两种控制方式的区别,以便于根据实际应用需求做出合适的选择。
总结以上内容,DTC与矢量控制各有特点和优势。矢量控制通过模拟直流电机的控制方式,达到了交流电机的高性能控制;而直接转矩控制则通过简化控制结构和直接控制磁链与转矩,实现了快速且无超调的响应性能。两种控制策略在调速范围、速度精度、力矩控制精度以及力矩响应等方面各有侧重,用户在选用时需要结合实际工况来决策。