Quatre modes de contrôle de la conversion de fréquence

1. Mode de contrôle V/F du convertisseur de fréquence

Le mode de contrôle tension-fréquence (V/F) consiste à maintenir un rapport constant entre la tension (V) et la fréquence (F). En d'autres termes, l'amplitude de la tension de sortie est directement proportionnelle à la fréquence de sortie.

The term “V” represents the amplitude of voltage produced by the frequency inverter, while “F” signifies the frequency of the frequency inverter’s output voltage. Consequently, an increase in the output frequency prompts a corresponding rise in the output voltage’s amplitude, maintaining a proportional relationship. The key principle is to sustain a constant magnetic flux by preserving the V/F ratio.

La commande V/F est souvent utilisée dans les scénarios de commande de moteur pour garantir un flux constant. Ce mode offre des attributs tels qu'un bon rapport coût-efficacité et un couple de sortie régulier, en mettant l'accent sur la régulation du flux magnétique constant. Cependant, la précision du contrôle de la vitesse est moins prononcée. Il convient aux applications où les objectifs d'économie d'énergie sont modérés et où il n'y a pas d'exigences strictes en matière de précision de la vitesse. En particulier, à faible vitesse, il peut conduire à un couple insuffisant, ce qui nécessite une compensation du couple.

Le mode de contrôle V/F est adapté aux charges caractérisées par des exigences de couple variable et constant, telles que les ventilateurs, les pompes à eau et les convoyeurs à bande.

2. Contrôle de la fréquence de glissement du convertisseur de fréquence (contrôle en boucle fermée V/F)

Due to inherent speed differences (∆n) in motors, corresponding to proportional torque (T) variations, adjusting the frequency inverter’s output frequency alters the slip (∆n) and, consequently, the frequency inverter’s output torque (T) and speed. This principle, known as slip frequency control, manipulates the motor’s torque by regulating the slip, effectively controlling motor speed.

To achieve these control objectives, a closed-loop control strategy is imperative, necessitating an frequency inverter equipped with a closed-loop feedback input terminal. A slip frequency control frequency inverter integrates a comparison circuit and a Proportional-Integral-Derivative (PID) control circuit to process reference and feedback signals. This enables fine-tuned control speed and rapid response. Two methodologies exist: one employing a speed sensor to use motor speed as feedback for enhanced precision, and the other converting indirect parameters (e.g., pressure, flow, temperature) into feedback signals for heightened accuracy.

In this closed-loop system, the inverter establishes a target value and contrasts it against the feedback value. If the feedback is less than the target, the frequency inverter issues a frequency increment, elevating both slip (∆n) and torque proportionately, thus increasing the motor speed. Conversely, a frequency decrement signal reduces slip (∆n) and consequently torque, leading to a decrease in motor speed, aligning with the designated target.

Distinguishing it from V/F control, slip frequency control entails PID function setup within the frequency inverter and requires a feedback terminal. External PID control boards are necessary for closed-loop control using U/F (Voltage-to-Frequency) techniques.

3. Contrôle vectoriel du convertisseur de fréquence

Vector control employs a control methodology simulating DC motors through the frequency inverter’s internal electronic circuitry to govern AC motors.

1. Le signal de commande se divise en composantes d'excitation et d'armature, reflétant les méthodes de commande des moteurs à courant continu.

2. The control signal transforms into a three-phase AC control signal, tailored to three-phase AC motor control demands, energizing the frequency inverter’s output inverter circuitry.

Le contrôle vectoriel offre deux approches : sans capteur (utilisant le retour d'information interne du variateur) et avec capteur (retour d'information externe). Ces deux méthodes régulent directement la vitesse du moteur (ou le couple), mais ne peuvent pas s'étendre à la gestion d'autres variables telles que la pression, le débit ou la température.

This technique ensures precise speed and torque control while manipulating current amplitude and phase. Furthermore, vector control boasts software-configurable attributes, including self-scanning for motor parameter incorporation into the frequency inverter, one-to-one motor-frequency inverter pairing, and comprehensive current manipulation.

4. Contrôle direct du couple par convertisseur de fréquence

Direct Torque Control (DTC) stands as another advanced AC speed regulation technology following vector control. This methodology employs space vector and stator field orientation analysis to mathematically model asynchronous motors within the stator coordinate system. It computes and governs motor flux linkage and torque, limiting torque fluctuations within a specific slip range through a discrete two-point regulator (Band-Band control). This is achieved by comparing torque detection with predefined values. The slip is regulated via frequency adjustment and pulse width modulation (PWM), influencing frequency inverter switching states and yielding high-performance torque output.

Le DTC est également limité à des relations moteur-convertisseur de fréquence biunivoques, ce qui le rend inadapté aux applications de contrôle des processus.

Les caractéristiques remarquables comprennent la capacité de contrôler à partir de la vitesse zéro, une large gamme de vitesses, un contrôle précis du couple, une réponse rapide du système et une précision de contrôle à grande vitesse.

La commande vectorielle est bien adaptée aux tâches à forte intensité de couple avec une sortie de couple constante même à 0 Hz, comme la fabrication du papier, le laminage de l'acier, les machines-outils et le levage. Par ailleurs, la commande de couple s'avère efficace pour des applications telles que la fabrication de papier et les machines de teinture, en maintenant une tension constante pendant l'enroulement/déroulement du film ou du fil grâce à un contrôle précis du couple et de la vitesse.