03.02 什么是变频器矢量控制?

漫步者34220342


电机的控制,本质是要控制转速和扭矩这两个量,满足不同的调速要求。比如我们要求电机转速特性比较“硬”,就是转速变化时候最大输出扭矩不会受到影响。直流电机能很好的满足这个调速要求,因为它的励磁和电枢回路是独立的,分开来控制。而交流异步电机只有定子线圈供电,磁场和转矩是“耦合”在一起的,所以需要把这种“耦合”的两个量分开来控制,才可能会获得接近直流电机控制的那种效果,所以专家们提出了一种控制算法,来模仿直流电机的控制,这种控制方式就叫矢量控制,请关注:容济点火器

变频器刚出来的时候,只是简单的控制电压和频率的比值(V/F)来调速异步电机,在低速大扭矩等场合效果非常差。上个70年代初西德的F.Blasschke等人首先提出,以直流电机和交流电机比较的方法阐述了一种控制原理,就是矢量控制,也称磁场定向控制。从此开创了交流电动机和等效直流电动机控制的先河。矢量控制变频调速的做法是把异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib和Ic。通过三相-二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1和Ib1,然后通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(其中Im1相当于直流电动机的励磁电流 , 而It1相当于直流电动机的电枢电流),再模仿直流电动机的控制方法,求出直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换来实现对异步电动机的控制。矢量控制方法的出现,使得异步电动机变频调速在电动机的调速领域里全方位的处于优势地位,毕竟异步电机有结构简单,价格便宜,维修方便等特点。

本质而言,矢量控制是通过测量和控制异步电动机定子的电流矢量,依据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流来进行控制,从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体做法是把异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流),然后分别加以控制,另外同时控制两分量间的幅值和相位,也就是控制定子电流矢量,所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制的过程是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位,以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制,从而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间及零矢量的作用时间,还可以形成各种PWM波,达到各种不同的控制目标。比如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种了。

要判单一个变频器是否有矢量控制也简单,通过它启动电机后,让电机处于0转速状态,用手去盘电机的转子,如果是松动的,一点阻力都没有,就是假的矢量控制,如果是矢量控制,电机转子是可以有百分百扭矩锁定的,用手是盘不动的,所以矢量控制可以使用在一些张力控制场合,或者一些吊车等场合,比如电梯上,可以随意停下来,带了很重负载不会下滑,所以零转速下输出百分百扭矩的控制需求。


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