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變頻器的V/F控制與矢量控制(1)
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(méi)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。
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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(shuō),就是將交流電機(jī)調(diào)速通過(guò)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(kāi)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(lèi)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(wú)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(guò)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(wú)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(guò)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。基于轉(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(guò)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。(文章來(lái)源:北京德?tīng)栁髀黰.dloungerestaurant.com)