变频器矢量控制与VF控制.doc.pdf

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1、word 文档可编辑 矢量控制概念：矢量控制目的是设法将交流电机等效为直流电机，从而获得较高的调速性能。矢量控制方法就是将交流三相异步电机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)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，这样即可等效于直流电机。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。矢量控制理论模型如下图 矢量控制特点：变频器矢量控制，按照是否需要转速反馈环节，一般分为无反馈矢量控制和有反馈矢量控制。1、无反馈矢量控制。无反馈矢量控制方式优点是：a）、使用方便，用户不需要增加任何附加器件

2、。b）、机械 特性较硬。机械特性由于 V/F 控制方式，且不会发生电机磁路饱和问题，调试方便（个人观点，请大家批评指正）缺点是：调速范围和动态响应能力不及有反馈控制方式；2、有反馈矢量控制方式。有反馈矢量控制方式的主要优点是：a）、调速性能优于无反馈矢量控制方式及 V/F 控制。缺点：需要在电机上安装测速装置（大多为旋转编码器），电机变频改造比较麻烦，成本也高。故有反馈矢量控制一般应用场合为：a）、要求有较大调速范围的场合（如：具有铣、磨功能的龙门刨床）；b）、对动态响应性能要求较高的场合 ；c）、对安全运行要求较高场合。矢量控制的适用范围：a）、矢量控制只能用于一台变频器控制一台电机。当一台

3、变频器控制多台电机时，矢量控制无效；b）、电机容量与变频器要求配置的电机容量之间，最多只能相差一个档次。（如：变频器要求配置电机容量为 7.5KW，那么实际电机最小容量为 5.5KW，对于 3.7kw电机就不行了）；word 文档可编辑 c）、电机磁极数一般以 2、4、6 极为宜，极数较多时建议查阅变频器说明书；d）、力矩电机、深槽电机、双鼠笼电机等特殊电机不能用矢量控制功能。/（个人观点，请大家批评指正）V/F 控制：如果电机电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁

4、和磁饱和现象的产生。V/f 控制就是基于这种思想，保证输出电压跟频率成正比的控制这样可以使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。V/F 控制一般多用于风机、泵类电机负载；矢量控制与 V/F 控制比较：矢量控制简单说力矩更大，适用于重负荷的场合及低频要保证力矩的应用，缺点国产的变频品厂家没有几家能真正将此功能做好，虽然在说明书上都有这个矢量控制，但实际应用中体现不出来，或者是比较硬，不能跟据负载自动调整适用（如用在工业水洗机上，虽然采用矢量力矩会大些，但当负荷有变化时会出现一些电机磁饱和，及其它故障现场）。v/f 控制目前市场使用还更普遍些，一般场合使用基本上可以采用厂家出厂默认的

5、V/F参数，有些厂家有例出重载，轻载及不同负荷对应的参数设置方法。并且大部份变频器可以用户自定义 V/F 曲线来适用不同的场合使用，但设置相对有些麻烦，但有一定变频使用经验的人都会设置。（就先写这么多吧，等有时间在写一点关于利用变频器 V/F 特性的应用经验的例子）一、矢量控制与 V/F 控制的概念及特点 1.VF 控制就是变频器输出频率与输出电压比值为恒定值或正比。例如：50HZ 时输出电压为 380V,25HZ 时输出电压为 190V 即恒磁通控制；转矩不可控，系统只是一个以转速物理量做闭环的单闭环控制系统，他只能控制电机的转速。根据电机原理可知，三相异步电机定子每相电动势的有效值：E1=

6、4.44f1N1m 式中：E1定子每相由气隙磁通感应的电动势的有效值，V；f1定子频率，Hz；N1定子每相绕组有效匝数；m-每极磁通量由式中可以看出，m 的值由 E1/f1 决定，但由于 E1难以直接控制，所以在电动势较高时，可忽略定子漏阻抗压降，而用定子相电压 U1 代替。那么要保证 m 不变，只要 U1/f1 始终为一定值即可。在额定转速一下调速时，希望保持电机中每极磁通量未额定值，如果磁通下降，则异步电机的电磁转矩将会减少，这样在基速以下调速时就会失去调速系统的恒转矩机械特性，这是基频以下调时速的基本情况，因此需要恒压频比（恒磁通）控制方式，属于恒转矩调速。基准频率为恒转矩调速区的最高频

7、率，基准频率所对应的电压为即为基准电压，是恒转矩调速区的最高电压，在基频以下调速时，电压会随频率而变化，但两者的比值不变。在基频以上调速时，频率从基频向上可以调至上限频率值，但是由于电机定子不能超过电机额定电压，因此电压不再随频率变化，而保持基准电压值不变，这时电机主磁通必须随频率升高而减弱，转矩相应减小，功率基本保持不变，属于恒功率调速区。2.矢量控制，把输出电流分励磁和转矩电流并分别控制，转矩可控，系统是一个以转矩做内环，转速做外环的双闭环控制系统。它既可以控制电机的转速，也可以控制电机的扭矩。矢量控制时的速度控制（ASR）通过操作转矩指令，使得速度指令和速度检出值（PG 的反word 文

8、档可编辑 馈或速度推定值）的偏差值为 0。带 PG 的 V/f 控制时的速度控制通过操作输出频率，使得速度指令和速度检出值（PG 的反馈或速度推定值）的偏差值为 0。矢量控制原理是模仿直流电动机的控制原理,根据异步电动机的动态数学模型，利用一系列坐标变换把定子电流矢量分解为励磁分量和转矩分量，对电机的转矩电流分量和励磁分量分别进行控制,在转子磁场定向后实现磁场和转矩的解耦，从而达到控制异步电动机转矩的目的，使异步电机得到接近他励直流电机的控制性能。具体做法是将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)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位

9、，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制分有速度传感器矢量控制和无速度传感器矢量控制两种,前者精度高后者精度低。矢量控制系统的无速度传感器运行方式，首先必须解决电机转速和转子磁链位置角的在线辨识问题。常用的方法有基于检测定子电流信号的辨识方法，有同时使用电流检测信号和电压检测信号的辨识方法，还有根据电流检测信号和逆变器的开关控制信号重构电压信号的方法。二、矢量控制与 V/F 控制的优点与缺点对比 矢量控制简单说力矩更大，适用于重负荷的场合及低频要保证力矩的应用，缺点国产的变频品厂家没有几家能真正将此功能做好，虽然在说明书上都有这个矢量控制，但实际应用中体现不出来，或者

10、是比较硬，不能跟据负载自动调整适用（如用在工业水洗机上，虽然采用矢量力矩会大些，但当负荷有变化时会出现一些电机磁饱和，及其它故障现场）。v/f 控制目前市场使用还更普遍些，一般场合使用基本上可以采用厂家出厂默认的 V/F 参数，有些厂家有例出重载，轻载及不同负荷对应的参数设置方法。并且大部份变频器可以用户自定义 V/F 曲线来适用不同的场合使用，但设置相对有些麻烦，但有一定变频使用经验的人都会设置。V/F 控制，是控制磁通的方法，而这压频比可能预设在系统内，维持磁通在一定的水平，主要在变频器上应用，目的可以节约电机的耗能。矢量控制可以根据客户的需要微调电机，可以做伺服电机用。不是以电机效率为最

11、高追求，而是以工程要求，时刻跟踪反馈控制。可以说，矢量控制算是现在交流电机的先进手段。压频控制，旨在维持电机恒定磁通，让电机保持较高的效率。V/f 控制就是保证输出电压跟频率成正比的控制这样可以使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生，多用于风机、泵类节能型变频器用压控振荡器实现;V-F 控制的原理是产生一个震荡频率的电路叫做压控震荡器，是一个压敏电容，当受到一个变化的电压时候它的容量会变化，变化的电容引起震荡频率的变化，产生变频。把这个受控的频率用于控制输出电压的频率，使得受控的电机的转速变化。异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。