今天的无传感器交流驱动器有更多的提供

一个无编码器或其他外部反馈装置的可调调速交流驱动器-所谓的无传感器驱动器-代表了高性能闭环控制和更简单的感应电机伏特/赫兹控制之间日益增长的中间地带。正如在主要文章中所解释的那样，大量无传感器驱动器的普及源于在改变负载，启动扭矩和低速控制下的速度调节的改进。大多数无传感器交流驱动器都是基于各种磁通矢量方法中的一种-松散地称为无传感器矢量(SV)控制。

控制技术(伊甸，草原，明尼苏达州;Newtown, Powys, U.K.)看到了无传感器矢量控制的明确出现，因为它提供了优于开环(V/Hz)控制的动态性能。不过，据英国Control Techniques公司交流变频器产品经理Alan Baird说，开环变频器仍占该公司业务的50-60%，在变频器的另一端，闭环磁通矢量控制仅占该公司业务的5-10%，尽管该公司总共安装了数千台变频器。

包括SV控制在内的Control Techniques公司的产品示例是其尺寸范围为1-1,000 hp (0.75-750 kW)的unirive和Commander SE驱动器(功率范围为0.25-15 kW)，后者已成为Dinverter产品线的继任者。重要的是，UniDrive还结合了其他三种电机控制模式CE， 1996年3月，第9、89页。控制技术是艾默生(密苏里州圣路易斯)60多个部门之一。www.controltechniques.com

无传感器矢量驱动目前的发展源于底层磁链矢量控制技术的普遍完善和成熟。韦恩·坎塔瑞克，交流传动公司市场经理三菱电机自动化他说:“与直流驱动器和电机竞争，早期的磁通矢量控制并没有完全实现它的承诺，但现在更好的算法、电机建模、微处理器和其他因素使它成为现实。”

Kantarek先生将SV控制驱动器的主要市场应用应用于电梯/提升机，纺织和印刷行业。他说:“未来的无传感器技术将改善电机的速度控制、扭矩控制，并扩大可用的速度范围。”

三菱电机目前提供两种无传感器矢量控制产品。E500微型逆变器适用于240和480 V交流应用，范围为1/8-10 hp (0.09-7.7 kW)，而A500逆变器系列适用于240,480和575 V交流电源，范围为1/2至1,250 hp (0.37-937 kW)。较大的型号(75千瓦以上)，指定为A500(L)系列，提供120:1的速度范围，同时在0.5Hz时提供超过200%的扭矩。www.meau.com

西门子能源与自动化(Alpharetta, Ga)也认为，由于成本更低，方法更简单，不需要反馈设备和电缆，SV控制正在增长。西门子E&A解决方案业务部交流驱动产品经理Dave Kirkpatrick认为，SV驱动与V/ hz型驱动相比，在动态负载下更好的扭矩响应和处理子周期扭矩变化的速度逆转。

来自西门子的MasterDrive无传感器矢量驱动器使用单一逻辑平台，用于从1到5,000马力的所有驱动器变体。(还提供V/Hz和磁通矢量控制模式)柯克帕特里克说:“自动调谐功能允许用户选择应用程序的动态性能，这将引导自动调谐达到所需的性能程度。”该驱动器可以作为一个独立的单元工作，也可以连接到公共直流总线上，使用前端模块之一，如整流器、再生整流器或有源前端。www.sea.siemens.com。

最新的微处理器推动了无传感器驱动的能力。该公司的驱动器营销经理苏珊•鲍勒(Susan Bowler)表示:“配备了可用于电机控制的板载外设的高速微处理器正在将性能范围扩大到更大的速度范围。施耐德电气/Square D公司．(北卡罗来纳州的罗利)。鲍勒还认为，无传感器交流驱动器适用于更广泛的应用，更容易实现，这要归功于“目前市面上功能更强大的微处理器”。

施耐德电气的Altivar 58驱动器采用了第三代无传感器矢量控制。Alitvar 58的特点包括100:1的速度范围，自适应调整电机特性，便于设置，改进的动态响应，更快地适应负载变化，“加速扭矩”难以启动负载，连续电机制动能力高达100%扭矩。www.squared.com

测试一些竞争对手

Baldor电气有限公司生产“无编码器矢量”(SV)，闭环矢量，V/Hz和伺服控制。特定的解决方案是由应用程序的细节决定的，应该如此。在Baldor的应用和用户体验中，开环控制仍然非常有效。 为了进一步了解无传感器控制，Baldor测试了七家竞争对手的SV驱动器。所有SV驱动品牌都在Baldor的Fort Smith, Ark进行了相同的测试程序。测试设施。以下是产品经理Roddy Yates提供的一些性能对比评估结果: 低速扭矩-根据制造商的不同，在10-150 rpm的低速范围内，可以实现全额定扭矩能力。 速度调节-获得1%基本速度的“平均值”，变化为 最大起动转矩-在额定的160-200%范围内。 这些结果大体上是符合的，但有些低于某些说法。来自特定驱动器供应商的“专家”操作人员可能已经调整了给定单元的更多性能。与简单的V/Hz单位相比，SV驱动器需要一点微调。许多客户更喜欢简单。 “如果没有一些电机信息，无传感器矢量驱动器通常无法开箱即用。耶茨说，大多数逆变器至少能让电机开箱即用，而且成本更低。

保德电气公司．(Fort Smith, Ark.)指出，无传感器交流驱动器的增长出现了“健康增长”。同时，根据Baldor产品经理Roddy Yates的说法，开环市场并没有因为无传感器技术的出现而缩小。相反，增长是由于SV和V/Hz控制在一个驱动器中一起更普遍的可用性。他说:“当无传感器技术与经过验证的V/Hz控制算法相结合时，就会出现一个具有竞争力的封装，以适应各种电机控制应用。”

Baldor生产各种无传感器矢量驱动器，输入电压为230,460和575 V ac。它们被称为“无编码器矢量控制”，可用于单轴或多轴设计，并带有NEMA 1和4X外壳或面板安装样式。输出额定值涵盖功率范围从1到700马力(0.75-525千瓦)。www, baldor.com。

增加测量的电机参数数量将提高SV驱动器的性能。然而，在获得的额外性能(或在某些应用中需要)和添加更多传感器电路的成本/复杂性之间存在权衡。特别是电压反馈可以提高SV驱动器的成本。Russ Kerkman，工程顾问罗克韦尔自动化(Mequon)提到了标准SV驱动器中使用的所谓“五参数”电机模型。这些基于电流的测量是:

• 定子电阻;

• 转子电阻;

• 磁化电感;

• 定子漏感;和

• 转子漏感。

通过增加终端电压传感器，更高性能的驱动器扩展了测量参数的数量。除了高端SV驱动器之外，问题变成了“没有电机电压反馈，你能得到多好?”科克曼博士说。

罗克韦尔自动化最新的交流驱动器PowerFlex 700具有定子磁通型控制，但未来的型号将增加更高级别的SV控制。“书架式”包装具有V/Hz和通量矢量控制。LCD操作模块显示分组参数/描述以及编程。故障诊断和启动信息。2001年3月发布的PowerFlex 700的初始额定值为0.37-30 kW (0.5-40 hp)，三个电源电压为200- 240,400 -480和600 V ac。高端SV驱动器包括Allen-Bradley 1336 Impulse和1336 Force驱动器。www.rockwellautomation.com。

降低拥有成本被视为无传感器交流驱动器的主要市场驱动因素东芝自动化系统(弗吉尼亚州Salem)。然而，选择无传感器电机控制并不像消除编码器的成本那么简单。Rodney a . Fickler是GE Toshiba的战略营销经理，他认为在SV驱动器中使用足够数量的电流和电压传感器与在电机上使用编码器之间的初始成本差异是最小的。

随着时间的推移，真正的节省来自降低安装、调试、维护和更换编码器的成本。一个相关的项目是更小的驱动电机占地面积，减少了成本和安装到机器上的任务，这对oem来说很重要。

“按摩”模式降低成本

为了提供更高性能的无传感器驱动器需要增强的电机模型。菲克勒解释说:“(该模型必须能够)估计并调整其对初级和次级泄漏、磁饱和、趋肤效应、铁心和杂散负载损耗以及电阻的估计。”电动机模型的调整是必要的，以补偿上述参数的变化。更重要的是模型的能力，以预测转子温度的变化，由于操作条件。

GE东芝表示，改进的电机建模和适应性降低了初始资本成本，也降低了交流驱动器的拥有成本。Fickler先生还报告了在调试期间自动调谐驱动器的相关增强。“在驱动器中加入额外的传感器，结合更精确的电机建模，可以使自动调谐功能更加精确-在某些情况下，对于粗略的设置，自动调谐可以仅使用一般电机参数进行。”这为一个过程中涉及20或30个协调驱动的项目节省了数周的调试时间。”www.getoshiba.com。

GE东芝自动化系统公司和日本东芝GE自动化系统公司(东京)是一家名为东芝GE自动化系统国际公司的合资公司的两个子公司。该公司成立于2000年10月，是通用电气和东芝的合资公司，其使命是成为两家母公司产品的全球集成商。

一个独立的合资公司通用富士传动(Salem, Va)-还指出，与全磁通矢量控制驱动器相比，SV驱动器的生命周期成本更低。通用电气富士传动公司(GE Fuji Drives)的工程经理约翰•克莱恩(John A. Cline)说:“通过取消速度或位置传感器，用户可以降低初始启动成本，并消除在使用期间传感器的维护和更换成本。”

AF-300 G11可调频率驱动器来自GE富士是一个多控制驱动器。“动态扭矩矢量”控制是SV模式，具有全通量矢量和“补偿”V/Hz控制，也是用户可选择的选项。多语言键盘简化了配置，而内置的局域网通信和各种选项加起来，以满足苛刻的高性能应用。与传统的磁场导向驱动器相比，AF-300 G11的功能据说可以通过几个简单的键盘命令轻松设置。www.geindustrial.com/industrialsystems/products/drives

上述合资公司的业务部门之间是有区别的。GE富士产品主要在标准驱动器领域，GE东芝主要在系统驱动器和协调多段驱动器领域活跃。

不同的方法

正如在主要文章中所讨论的，ABB采用了一种不同的无传感器矢量控制方法，即直接转矩控制(DTC)方法。

ABB自动化产品(德国曼海姆)标准驱动器产品经理Michael Link评论说:“DTC的成功依赖于一个复杂的电机参考模型，其中包括一个单独的扭矩控制模型。”在DTC的显著特点中，林克先生提到了扭矩和磁通比较器，其中实际(或观察到的)和理想值之间的差异被最小化。比较器采用可变开关频率。

用户只需要提供电机铭牌数据。驱动器使用“识别”过程选择必要的机器参数。林克说，这个简单的识别程序不需要旋转马达，在大多数情况下就足够了。“还有一种更复杂的识别程序。他总结道:“这需要在空载时让马达旋转，但很少需要。”

ABB的高级驱动器使用直接转矩控制技术，见下文。它的通用和HVAC驱动器(ACS 100, 140和400系列)不使用DTC。

ACS 600系列驱动器的尺寸在480 V时可达3.45 MVA，在690 V时可达5.14 MVA。提供水冷和风冷两种版本。在中压(MV)范围内，有几种产品可供选择。其中包括ACS 1000，它使用带LC输出滤波器的三电平逆变器，以避免对现有(旧)感应电动机有害的高电压尖峰(dv/dt效应)。这些驱动器可高达4,160 V和高达6,700马力。

一个更大的中压驱动器，ACS 6000sd也与一个三电平逆变器来控制同步电机。它标准配备了一个ARU(有源整流器单元)，用于非常低的线路电流谐波。可用性高达3.3千伏，功率高达27兆瓦。www.abb.com/motors&drives

上述产品信息来自ABB自动化(新柏林，威斯康星州)交流驱动研发经理Kalyan Gokhale。

其他产品

大多数驱动器制造商提供无传感器矢量控制模型。这里是进一步的SV驱动产品的样本没有提到其他地方。

VLT 5000系列驱动器来自丹佛斯驱动器(罗克福德,病了。;Graasten, Denmark)整合了VVCPlus，这是一种用于异步电机转矩和速度控制的新型无传感器矢量驱动系统。自动电机适应功能处理大部分需要的设置调整。该软件通过读取/检查操作参数自动优化驱动器到电机的设置。没有必要旋转马达。VLT 5000在正常过载模式下的尺寸范围为1-600马力，并提供180%的启动扭矩。该驱动器还具有扩展交流线路电压200-240和380-500 V ac

Eurotherm驱动器(北卡罗来纳州夏洛特市;Heppenheim，德国)将其MRAS(模型参考自适应系统)技术应用于其690+交流驱动器的无传感器矢量控制版本的电流和速度控制。MRAS下的电流控制有开环和闭环两种模式。据说，即使在要求苛刻的应用中，该驱动器也能产生平稳的运行和稳健的无行程加速/减速。690+交流驱动器的功率范围为0.37至90千瓦。高达355千瓦的驱动型号即将推出。www.eurothermdrives.com。

驱动器与无传感器矢量能力来自日立美国有限公司包括SJ100，这是一种变频微型驱动器，具有精确的扭矩和调速(0.1%)，最高可达200%的启动扭矩，以及设置电机参数的自动调谐。额定功率为230V时1/4-10马力(单相和三相)，460 V时1/2-10马力(三相)。

SJ300是一个更大的全三相系列驱动器，有230 V型号，从1/2到30马力，460 V型号，从1到30马力。具有更高额定功率的装置可特殊订购。SJ300系列包括先进的无传感器矢量控制，但可以配置为V/Hz或闭环矢量控制。高启动扭矩和低速扭矩(0.5Hz时200%，0 Hz时150%)，在线/离线自动调谐和内置通信是其他有用的功能。

这些驱动器是由日立公司在北美销售，也通过Automationdirect.com Inc .)(Cumming, Ga)。www.hitachi.com www.automationdirect.com。

结核病伍德WF2无传感器矢量驱动器是其E-trAC系列的最新成员。SV操作产生150%的扭矩，降低到0.5 Hz。驱动器配置据说是简单的，通过编程选择读在“简单的英语”直接从液晶显示屏内置到单位。WF2具有从机箱/IP21到NEMA 12/IP55的各种外壳选项。目前可用的WF2驱动器尺寸为1-5马力，230/460伏交流。将增加更大的驱动器和更多的电源电压。www.tbwoods.com

安川电气美国公司(伊利诺伊州沃基根)varisspeed - g5是一款具有磁链矢量控制的通用逆变器。varisspeed - g5结合了四种操作控制方法，其中一种是无传感器通量矢量模式。变频器提供了广泛的功能，如低速时的高转矩，100:1的速度范围，和调速的

未来:更有能力的建模，更多的参数测量

展望未来，英博士。Dieter Eckardt, Standard Drives R&D系统技术经理西门子自动化与驱动(Erlangen, Germany)指出了未来无传感器矢量驱动的几个发展。将开发更完整、更精密的电机模型。此外，增加的参数测量将使控制器更深入地了解电机，从而从更多可用信息中获得更好的性能。“无传感器矢量驱动将进入更主流的应用领域。埃卡德博士说:“表现会提高，但不会达到伺服式的水平。”

通用富士公司还设想了更高性能的SV驱动器。克莱恩还说，这些新型硬盘将在小型网络系统中得到更广泛的应用，它们具有内置局域网通信和联网配置及监控软件包。

控制技术公司的Baird先生认为，短期内会出现渐进式的发展，比如更新的功率开关设备(例如，沟栅igbt)和改进的无传感器控制算法。他说，行业正在等待下一个技术飞跃。

GE东芝公司的菲克勒认为，长期目标是完全消除单独的基于位置或速度的传感器。“然而，要做到这一点，将需要更先进的控制技术来推断电机的操作特性，”他补充说。此外，对于无传感器驱动，未来还有更强大的预测/自适应建模方法，这些方法来自更快、更强大的计算机

总体而言，无传感器交流驱动器在性能和市场份额方面正在稳步发展。然而，共识是，对于需求最高的关键响应应用，闭环控制将在可预见的未来占据主导地位。

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