درایوهای فرکانس متغیر با ولتاژ پایین- دارای ولتاژ خروجی 380–650 ولت، توان خروجی 0.75–400 کیلووات و فرکانس کاری 0–400 هرتز هستند.
مدارهای اصلی آنها همگی از مدارهای AC-DC-AC استفاده میکنند. روش های کنترل آنها چهار نسل زیر را طی کرده است:
روش کنترل مدولاسیون عرض پالس سینوسی (SPWM).
ویژگی های آن شامل ساختار مدار کنترل ساده، هزینه کمتر و ویژگی های مکانیکی خوب، برآورده کردن الزامات کنترل سرعت صاف در درایوهای عمومی است. به طور گسترده ای در زمینه های مختلف صنعتی استفاده شده است. با این حال، در فرکانس های پایین، به دلیل ولتاژ خروجی پایین، گشتاور به طور قابل توجهی تحت تاثیر افت ولتاژ مقاومت استاتور قرار می گیرد و حداکثر گشتاور خروجی را کاهش می دهد. علاوه بر این، ویژگیهای مکانیکی آن به اندازه موتورهای DC قوی نیست و قابلیت گشتاور دینامیکی و عملکرد کنترل سرعت استاتیکی آن کاملاً رضایتبخش نیست. عملکرد سیستم بالا نیست، منحنی کنترل با تغییرات بار تغییر می کند، پاسخ گشتاور کند است و استفاده از گشتاور موتور کم است. در سرعت های پایین، عملکرد به دلیل مقاومت استاتور و اثرات ناحیه مرده اینورتر بدتر می شود و پایداری بدتر می شود. بنابراین، محققان تنظیم سرعت فرکانس متغیر کنترل برداری را توسعه دادند.
روش کنترل مدولاسیون عرض پالس بردار فضای ولتاژ (SVPWM).
این روش بر اساس اثر تولید کلی شکل موج سه فاز-، با هدف تقریب مسیر میدان مغناطیسی دوار دایره ای ایده آل در شکاف هوای موتور است. شکل موج مدوله شده سه فازی را در یک مرحله با استفاده از چند ضلعی محاط شده برای تقریب دایره تولید می کند. پس از استفاده عملی، با معرفی جبران فرکانس برای حذف خطاهای کنترل سرعت، بهبود یافته است. تخمین دامنه شار مغناطیسی از طریق بازخورد برای از بین بردن تأثیر مقاومت استاتور در سرعت های پایین. و بستن حلقه های ولتاژ و جریان خروجی برای بهبود دقت دینامیکی و پایداری. با این حال، مدار کنترل دارای اجزای زیادی است و تنظیم گشتاور معرفی نشده است، بنابراین عملکرد سیستم اساساً بهبود نیافته است.
روش کنترل برداری (VC).
تنظیم سرعت فرکانس متغیر کنترل برداری شامل تبدیل جریانهای استاتور Ia، Ib، و Ic یک موتور ناهمزمان در یک سیستم مختصات سه فاز به جریانهای AC معادل Ia1 و Ib1 در یک سیستم مختصات ثابت دو فاز از طریق یک تبدیل سه فاز به دو{{5} است. سپس، از طریق یک تبدیل چرخشی جهتگیری میدان مغناطیسی روتور، این جریانها به جریانهای DC معادل Im1 و It1 در یک سیستم مختصات دوار همزمان تبدیل میشوند (Im1 معادل جریان تحریک یک موتور DC است؛ It1 معادل جریان آرمیچر متناسب با گشتاور است). سپس روش کنترل یک موتور DC برای بدست آوردن مقادیر کنترلی موتور DC تقلید می شود. از طریق تبدیل مختصات معکوس مربوطه، کنترل موتور ناهمزمان به دست می آید. اساساً معادل تبدیل موتور AC به موتور DC و کنترل مستقل اجزای سرعت و میدان مغناطیسی است. با کنترل اتصال شار روتور و سپس تجزیه جریان استاتور برای بدست آوردن مولفه های گشتاور و میدان مغناطیسی، کنترل متعامد یا جدا شده از طریق تبدیل مختصات حاصل می شود. معرفی روش کنترل برداری راهگشا بود. با این حال، در کاربردهای عملی، به دلیل مشکل در مشاهده دقیق پیوند شار روتور، ویژگیهای سیستم به شدت تحتتاثیر پارامترهای موتور قرار میگیرد و تبدیل چرخش برداری که در فرآیند کنترل موتور DC معادل استفاده میشود، پیچیده است و دستیابی به نتایج تحلیلی ایدهآل را در عمل دشوار میکند.
روش کنترل مستقیم گشتاور (DTC).
در سال 1985، پروفسور DePenbrock از دانشگاه روهر آلمان برای اولین بار فناوری فرکانس متغیر کنترل مستقیم گشتاور را پیشنهاد کرد. این فناوری تا حد زیادی کاستی های روش کنترل برداری که در بالا ذکر شد را برطرف کرد و به دلیل مفهوم کنترل جدید، ساختار سیستم ساده و واضح و عملکرد دینامیکی و ایستا عالی به سرعت توسعه یافته است. این فناوری با موفقیت برای درایوهای AC با قدرت بالا برای کشش لوکوموتیو الکتریکی استفاده شده است. کنترل مستقیم گشتاور مستقیماً مدل ریاضی موتور AC را در سیستم مختصات استاتور تجزیه و تحلیل می کند و اتصال شار و گشتاور موتور را کنترل می کند. این نیازی به تبدیل موتور AC به یک موتور DC معادل ندارد، بنابراین بسیاری از محاسبات پیچیده در تبدیل چرخش برداری حذف می شود. نیازی به تقلید از کنترل موتور DC و همچنین ساده سازی مدل ریاضی موتور AC برای جداسازی نیست.
روش کنترل مبدل ماتریسی
فرکانس متغیر VVVF، فرکانس متغیر کنترل برداری، و فرکانس متغیر کنترل گشتاور مستقیم همه انواع تبدیل فرکانس AC-DC-AC هستند. اشکالات رایج آنها شامل ضریب توان ورودی پایین، جریان های هارمونیک زیاد، نیاز به خازن های ذخیره انرژی بزرگ در مدار DC و ناتوانی در برگشت انرژی احیا کننده به شبکه برق است، به این معنی که آنها نمی توانند در چهار ربع کار کنند. بنابراین مبدل های ماتریسی پدید آمده اند. از آنجایی که مبدل های ماتریسی پیوند DC میانی را حذف می کنند، نیاز به خازن های الکترولیتی بزرگ و گران قیمت را از بین می برند. آنها می توانند به ضریب توان 1، جریان ورودی سینوسی، و عملکرد چهار ربعی دست یابند که در نتیجه چگالی توان بالایی دارد. اگرچه این فناوری هنوز به بلوغ نرسیده است، اما همچنان محققان بسیاری را برای تحقیقات عمیق-به خود جذب میکند. ماهیت آن کنترل غیر مستقیم جریان، شار مغناطیسی و غیره نیست، بلکه کنترل مستقیم گشتاور است. روش های خاص عبارتند از:
کنترل شار مغناطیسی استاتور با معرفی یک ناظر شار مغناطیسی استاتور برای دستیابی به روش کنترل بدون سنسور.
شناسایی خودکار (ID) به یک مدل ریاضی دقیق موتور برای شناسایی خودکار پارامترهای موتور متکی است.
محاسبه مقادیر واقعی امپدانس استاتور، اندوکتانس متقابل، عوامل اشباع مغناطیسی، اینرسی و غیره، برای محاسبه گشتاور واقعی، شار مغناطیسی استاتور، و سرعت روتور برای کنترل زمان واقعی.
پیادهسازی باند-کنترل باند: تولید سیگنالهای PWM بر اساس باند-کنترل باند شار مغناطیسی و گشتاور برای کنترل وضعیت سوئیچینگ اینورتر.
مبدل های ماتریسی پاسخ گشتاور سریع دارند (<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.