03.02 什麼是變頻器矢量控制?

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電機的控制,本質是要控制轉速和扭矩這兩個量,滿足不同的調速要求。比如我們要求電機轉速特性比較“硬”,就是轉速變化時候最大輸出扭矩不會受到影響。直流電機能很好的滿足這個調速要求,因為它的勵磁和電樞迴路是獨立的,分開來控制。而交流異步電機只有定子線圈供電,磁場和轉矩是“耦合”在一起的,所以需要把這種“耦合”的兩個量分開來控制,才可能會獲得接近直流電機控制的那種效果,所以專家們提出了一種控制算法,來模仿直流電機的控制,這種控制方式就叫矢量控制,請關注:容濟點火器

變頻器剛出來的時候,只是簡單的控制電壓和頻率的比值(V/F)來調速異步電機,在低速大扭矩等場合效果非常差。上個70年代初西德的F.Blasschke等人首先提出,以直流電機和交流電機比較的方法闡述了一種控制原理,就是矢量控制,也稱磁場定向控制。從此開創了交流電動機和等效直流電動機控制的先河。矢量控制變頻調速的做法是把異步電動機在三相座標系下的定子交流電流Ia、Ib和Ic。通過三相-二相變換,等效成兩相靜止座標系下的交流電流Ia1和Ib1,然後通過按轉子磁場定向旋轉變換,等效成同步旋轉座標系下的直流電流Im1、It1(其中Im1相當於直流電動機的勵磁電流 , 而It1相當於直流電動機的電樞電流),再模仿直流電動機的控制方法,求出直流電動機的控制量,經過相應的座標反變換來實現對異步電動機的控制。矢量控制方法的出現,使得異步電動機變頻調速在電動機的調速領域裡全方位的處於優勢地位,畢竟異步電機有結構簡單,價格便宜,維修方便等特點。

本質而言,矢量控制是通過測量和控制異步電動機定子的電流矢量,依據磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉矩電流來進行控制,從而達到控制異步電動機轉矩的目的。具體做法是把異步電動機的定子電流矢量分解為產生磁場的電流分量 (勵磁電流)和產生轉矩的電流分量(轉矩電流),然後分別加以控制,另外同時控制兩分量間的幅值和相位,也就是控制定子電流矢量,所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。矢量控制的過程是通過矢量座標電路控制電動機定子電流的大小和相位,以達到對電動機在d、q、0座標軸系中的勵磁電流和轉矩電流分別進行控制,從而達到控制電動機轉矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時間及零矢量的作用時間,還可以形成各種PWM波,達到各種不同的控制目標。比如形成開關次數最少的PWM波以減少開關損耗。目前在變頻器中實際應用的矢量控制方式主要有基於轉差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種了。

要判單一個變頻器是否有矢量控制也簡單,通過它啟動電機後,讓電機處於0轉速狀態,用手去盤電機的轉子,如果是鬆動的,一點阻力都沒有,就是假的矢量控制,如果是矢量控制,電機轉子是可以有百分百扭矩鎖定的,用手是盤不動的,所以矢量控制可以使用在一些張力控制場合,或者一些吊車等場合,比如電梯上,可以隨意停下來,帶了很重負載不會下滑,所以零轉速下輸出百分百扭矩的控制需求。


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