|
|
U/f=C的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式 其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會(huì)隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。
一、矢量控制（VC）方式
矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1（Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)速度，磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。
V/F控制與矢量都是恒轉(zhuǎn)矩控制。U/F相對(duì)轉(zhuǎn)矩可能變化大一些。而矢量是根據(jù)需要的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)的，相對(duì)不好控制一些。對(duì)普通用途。兩者一樣
1、矢量控制方式——
矢量控制，最簡(jiǎn)單的說，就是將交流電機(jī)調(diào)速通過一系列等效變換，等效成直流電機(jī)的調(diào)速特性，就這么簡(jiǎn)單，至于深入了解，那就得深入了解變頻器的數(shù)學(xué)模型，電機(jī)學(xué)等學(xué)科。
矢量控制原理是模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制原理，根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，利用一系列坐標(biāo)變換把定子電流矢量分解為勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流分量和勵(lì)磁分量分別進(jìn)行控制。
在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向后實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩的解耦，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的，使異步電機(jī)得到接近他勵(lì)直流電機(jī)的控制性能。
具體做法是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量 (勵(lì)磁電流)和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(轉(zhuǎn)矩電流)分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。
2、V/F控制方式——
V/F控制，就是變頻器輸出頻率與輸出電壓的比值為恒定值或成比例。例如，50HZ時(shí)輸出電壓為380V的話，則25HZ時(shí)輸出電壓為190V。
變頻器采用V/F控制方式時(shí)，對(duì)電機(jī)參數(shù)依賴不大，V/f控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩-速度特性，基于在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時(shí)，又要保證電動(dòng)機(jī)的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。V/f控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式，不能達(dá)到較高的控制性能，而且，在低頻時(shí)，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。
3、V/F這種控制方式多用于風(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能型變頻器。V與f的比例關(guān)系是考慮了電機(jī)特性而預(yù)先決定的。
4、矢量控制的應(yīng)用場(chǎng)合一般是要求比較高的傳動(dòng)場(chǎng)合。比如要求的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍指標(biāo)高，恒功率調(diào)速的范圍比較寬。
而且，矢量控制不同于V/F控制，它在低速時(shí)可以輸出100%的力矩，而V/F控制在低速時(shí)因力矩不夠而無法工作。
5、V/F控制特點(diǎn)——以控制速度為目的，控制特點(diǎn)控制精度不高，低速時(shí)，力矩明顯小，常用于變頻器一拖多場(chǎng)合下。
矢量控制——它有速度閉環(huán)，即從負(fù)載端測(cè)出實(shí)際的速度，并與給定值進(jìn)行比較，能夠得到更高精度的速度控制，并且在低速時(shí)，也有最高的力矩輸出。
二、 矢量控制系統(tǒng)原理
思路：矢量調(diào)速的目標(biāo)——直流調(diào)速；努力實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流與電樞電流的獨(dú)立控制；勵(lì)磁電流與電樞電流互差90度角。
原理：矢量控制的基本原理是通過測(cè)量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量 (勵(lì)磁電流) 和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量 (轉(zhuǎn)矩電流) 分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。
比較：基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式同樣是在進(jìn)行U / f ＝恒定控制的基礎(chǔ)上，通過檢測(cè)異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度n，并得到對(duì)應(yīng)的控制頻率f，然后根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩，分別控制定子電流矢量及兩個(gè)分量間的相位，對(duì)通用變頻器的輸出頻率f進(jìn)行控制的�；谵D(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式的最大特點(diǎn)是，可以消除動(dòng)態(tài)過程中轉(zhuǎn)矩電流的波動(dòng)，從而提高了通用變頻器的動(dòng)態(tài)性能。早期的矢量控制通用變頻器基本上都是采用的基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式。
三、 矢量控制的實(shí)現(xiàn)
矢量控制基本理念 旋轉(zhuǎn)地只留繞組磁場(chǎng)無論是在繞組的結(jié)構(gòu)上，還是在控制的方式上，都和直流電動(dòng)機(jī)最相似。
設(shè)想，有兩個(gè)相互垂直的支流繞組同處于一個(gè)旋轉(zhuǎn)體中，通入的是直流電流，它們都由變頻器給定信號(hào)分解而來的。
經(jīng)過直交變換 將兩個(gè)直流信號(hào)變?yōu)閮上嘟涣餍盘?hào)；在經(jīng)二相、三相變換得到三相交流控制信號(hào)；
結(jié)論只要控制直流信號(hào)中的任意一個(gè)，就可以控制三相交流控制信號(hào)，也就控制了交流變頻器的交流輸出。
通過上述變換，將交流電機(jī)控制近似為直流電機(jī)控制
矢量控制的給定：
1、 在矢量控制的功能中，選擇“用”或“不用”。
2、 在選擇矢量控制后，還需要輸入電動(dòng)機(jī)的容量、極數(shù)、額定電流、額定電壓、額定功率等。
矢量控制是一電動(dòng)機(jī)的基本運(yùn)行數(shù)據(jù)為依據(jù)，因此，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)就顯得很重要，如果使用的電動(dòng)機(jī)符合變頻器的要求，且變頻器容量和電動(dòng)機(jī)容量相吻合，變頻器就自動(dòng)搜尋電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，否則就需要重新測(cè)定。很多類型的變頻器為了方便測(cè)量電動(dòng)機(jī)的參數(shù)都設(shè)計(jì)安排了電動(dòng)機(jī)參數(shù)的自動(dòng)測(cè)定功能。通過該功能可準(zhǔn)確測(cè)定電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，且提供給變頻器的記憶單元，以便在矢量控制中使用。
矢量控制的要求：
1、 一臺(tái)變頻器只能帶一臺(tái)電動(dòng)機(jī)；
2、 電動(dòng)機(jī)的極數(shù)要按說明書的要求，一般以4極為佳；
3、 電動(dòng)機(jī)容量與變頻器的容量相當(dāng)，最多差一個(gè)等級(jí)；
4、 變頻器與電動(dòng)機(jī)件的連線不能過長(zhǎng)，一般應(yīng)在30m以內(nèi)，如果超過30m，則需要在連接好電纜后，進(jìn)行離線自動(dòng)調(diào)整，以重新測(cè)定電動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)。
矢量控制的優(yōu)點(diǎn)：
1、 動(dòng)態(tài)的高速響應(yīng)；
2、 低頻轉(zhuǎn)矩增大；
3、 控制靈活；
矢量控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍：
1、 要求高速運(yùn)轉(zhuǎn)的工作機(jī)械；
2、 適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境；
3、 高精度的電力拖動(dòng)；
4、 四象限運(yùn)轉(zhuǎn)；
上面各位講的都是矢量控制的原理和優(yōu)點(diǎn)，我想對(duì)于初學(xué)的也許不能理解較深，簡(jiǎn)單一點(diǎn)講，矢量控制就是，電機(jī)運(yùn)行于一定速度時(shí)，如負(fù)載增減，變頻器可以很快調(diào)整電機(jī)的輸出力矩而保持速度的恒定，即動(dòng)態(tài)的高速響應(yīng)，高精度的電力拖動(dòng)，而V/F控制時(shí)如負(fù)載增減時(shí)速度會(huì)有較大變化后才能運(yùn)行于原設(shè)定速度，對(duì)于啟動(dòng)過程為快速響應(yīng)設(shè)定頻率輸出，會(huì)有較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
目前國(guó)內(nèi)使用變頻器的主要目的就是節(jié)能和調(diào)速，所以針對(duì)不同的使用要求，也就出現(xiàn)了控制功能不同的變頻器：常規(guī)V/F控制變頻器和矢量控制變頻器。
常規(guī)V/F控制，電機(jī)的電壓降會(huì)隨著電機(jī)速度的降低而相對(duì)增加，這就導(dǎo)致由于勵(lì)磁不足而使電機(jī)不能獲得足夠的轉(zhuǎn)矩（特別是在低頻率時(shí)）。也就是說常規(guī)V/F控制變頻器在低頻率時(shí)無法滿足電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的輸出。另外，在V/F控制中，用戶根據(jù)負(fù)載情況預(yù)先設(shè)定一種u/f曲線，變頻器在工作時(shí)就根據(jù)輸出頻率的變化，按照曲線特性調(diào)整其輸出電壓，也就是說V/F控制是使變頻器按照事先安排好的補(bǔ)償程度工作，不能隨負(fù)載的變化而改變。但是在以節(jié)能為目的和對(duì)速度控制精度要求不高的場(chǎng)合V/F控制變頻器以其優(yōu)越的性價(jià)比而得到廣泛的應(yīng)用。
矢量控制變頻器的基本原理是，通過測(cè)量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量 (勵(lì)磁電流) 和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量 (轉(zhuǎn)矩電流) 分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。由于矢量控制可以使得變頻器根據(jù)頻率和負(fù)載情況實(shí)時(shí)的改變輸出頻率和電壓，因此其動(dòng)態(tài)性能相對(duì)完善�？梢詫�(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制；系統(tǒng)響應(yīng)快；調(diào)速范圍廣；加減速性能好等特點(diǎn)。在對(duì)轉(zhuǎn)矩控制要求高的場(chǎng)合，以其優(yōu)越的控制性能受到用戶的贊賞。
現(xiàn)在許多新型的通用型變頻器也具備了矢量控制功能，只是在參數(shù)設(shè)定時(shí)要求輸入完整的電機(jī)參數(shù)。因?yàn)槭噶靠刂剖且噪姍C(jī)的參數(shù)為依據(jù)，因此完整的電機(jī)參數(shù)就顯得尤其重要，以便變頻器能有效的識(shí)別電機(jī)，很好的對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制
矢量控制就是矢量控制，V/F 控制就是V/F控制，二者有本質(zhì)的區(qū)別，控制性能差異很大”
1、矢量控制、V/F 控制，二者都是電機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，對(duì)電機(jī)磁場(chǎng)的控制；
2、V/F 控制：
1）是一種粗略的簡(jiǎn)單的控制方式，即V/F=定值控制模式；
2）它忽略了定子繞組電阻壓降IoR對(duì)磁場(chǎng)的影響，V/F=定值控制模式，雖然阻止了頻率下降、磁場(chǎng)增大的主要問題，但是磁場(chǎng)不是恒定的，而是隨著頻率在下降，造成低頻時(shí)磁場(chǎng)弱、電機(jī)轉(zhuǎn)矩不足；
3、矢量控制：
1）矢量控制，不忽略定子繞組電阻壓降IoR對(duì)磁場(chǎng)的影響，采用（V-IoR）/F=定值控制模式，或者是勵(lì)磁電流Io=定值控制模式；
2）它不忽略定子繞組電阻壓降IoR對(duì)磁場(chǎng)的影響，（V-IoR）/F=控制模式，或者是勵(lì)磁電流Io=定值控制模式，磁場(chǎng)是恒定的，而不是隨著頻率在下降，低頻時(shí)不存在磁場(chǎng)弱、電機(jī)轉(zhuǎn)矩不足的問題；
3）如果磁場(chǎng)能控制在電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)上，變頻調(diào)速時(shí)的運(yùn)行參數(shù)與工頻運(yùn)行參數(shù)的關(guān)系明確，可精確計(jì)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)無速度傳感器的速度閉環(huán)控制；
4、矢量控制、V/F 控制，由于都是磁場(chǎng)控制，這兩種控制方式在接近工頻運(yùn)行時(shí)，磁場(chǎng)趨于一致，性能趨于一致，所以這兩種控制的差別主要在低頻端；
“‘當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降時(shí)，轉(zhuǎn)差增大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)、電流增大，轉(zhuǎn)矩增大，’補(bǔ)充一下，電流完全是開環(huán)失控狀態(tài)，接下來的后果就是IGBT－－咚－－的一聲巨響，整臺(tái)變頻器燈滅灰飛(極端說法）�！�
1、‘當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降時(shí)，轉(zhuǎn)差增大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)、電流增大，轉(zhuǎn)矩增大’是異步電機(jī)的工作轉(zhuǎn)矩原理，有了這一條，異步電機(jī)才有可能在工頻運(yùn)行了幾個(gè)世紀(jì)！
2、如果負(fù)載嚴(yán)重過載，異步電機(jī)可能進(jìn)入堵轉(zhuǎn)區(qū)，如不及時(shí)停電停車，就會(huì)燒電機(jī)；
3、變頻人都懂這個(gè)道理，所以變頻調(diào)速控制電路，設(shè)有電流失速保護(hù)電路；
4、誰也沒有把‘當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降時(shí)，轉(zhuǎn)差增大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)、電流增大，轉(zhuǎn)矩增大’與失速保護(hù)看成矛盾的，而看成是相輔相成的！
常規(guī)V/F控制，電機(jī)的電壓降會(huì)隨著電機(jī)速度的降低而相對(duì)增加，這就導(dǎo)致由于勵(lì)磁不足而使電機(jī)不能獲得足夠的轉(zhuǎn)矩（特別是在低頻率時(shí)）。也就是說常規(guī)V/F控制變頻器在低頻率時(shí)無法滿足電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的輸出。另外，在V/F控制中，用戶根據(jù)負(fù)載情況預(yù)先設(shè)定一種u/f曲線，變頻器在工作時(shí)就根據(jù)輸出頻率的變化，按照曲線特性調(diào)整其輸出電壓，也就是說V/F控制是使變頻器按照事先安排好的補(bǔ)償程度工作，不能隨負(fù)載的變化而改變。但是在以節(jié)能為目的和對(duì)速度控制精度要求不高的場(chǎng)合V/F控制變頻器以其優(yōu)越的性價(jià)比而得到廣泛的應(yīng)用。
矢量控制變頻器的基本原理是，通過測(cè)量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量 (勵(lì)磁電流) 和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量 (轉(zhuǎn)矩電流) 分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。由于矢量控制可以使得變頻器根據(jù)頻率和負(fù)載情況實(shí)時(shí)的改變輸出頻率和電壓，因此其動(dòng)態(tài)性能相對(duì)完善�？梢詫�(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制；系統(tǒng)響應(yīng)快；調(diào)速范圍廣；加減速性能好等特點(diǎn)。在對(duì)轉(zhuǎn)矩控制要求高的場(chǎng)合，以其優(yōu)越的控制性能受到用戶的贊賞。
現(xiàn)在許多新型的通用型變頻器也具備了矢量控制功能，只是在參數(shù)設(shè)定時(shí)要求輸入完整的電機(jī)參數(shù)。因?yàn)槭噶靠刂剖且噪姍C(jī)的參數(shù)為依據(jù)，因此完整的電機(jī)參數(shù)就顯得尤其重要，以便變頻器能有效的識(shí)別電機(jī)，很好的對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制
變頻器節(jié)能主要是因?yàn)楣に嚿洗嬖诠?jié)能空間，在不存在節(jié)能空間的電機(jī)上使用變頻器，反而會(huì)增加電耗，因?yàn)樽冾l器也要消耗部分電能。
從本質(zhì)上說只要它做功，就要消耗電能，轉(zhuǎn)化成其他的能量，因此肯定要遵守能量守恒定律，而變頻器本身有整流 中間直流電路 逆變等，這就要消耗電能，從這方面講它只是增加了能耗，而并非節(jié)能。至于變頻器的節(jié)能關(guān)鍵還是看你怎樣利用，
變頻器在工頻下運(yùn)行，具有節(jié)電功能，是事實(shí)。但是他的前提條件是：第一,大功率并且為風(fēng)機(jī)/泵類負(fù)載;第二，裝置本身具有節(jié)電功能（軟件支持）;第三，長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。這是體現(xiàn)節(jié)電效果的三個(gè)條件。除此之外，無所謂節(jié)不節(jié)電，沒有什么意義。一般交流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線是一定的，理論和實(shí)際都已證明，當(dāng)負(fù)載功率小于電動(dòng)機(jī)的額定功率時(shí)，其效率隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩的減少而降低，也就是說，電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)會(huì)相對(duì)費(fèi)電。而變頻器會(huì)根據(jù)負(fù)載的大小自動(dòng)調(diào)整V/f值（其中V為電動(dòng)機(jī)定子繞組的電壓，f為定子繞組的電壓變化頻率），改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線，使其與負(fù)載相適應(yīng)，從而使效率得到提高，達(dá)到節(jié)能之目的。
|
|
QQ好友和群
QQ空間
騰訊微博
騰訊朋友
收藏
淘帖
頂
踩
