幾個方面了解矢量變頻器的轉矩控制方式

1、2012-9-28 10:40:49本站原創(chuàng) 我要評論(0) 【字體：大 中 小】采用矢量控制方式的通用矢量變頻器不僅可在調速范圍上與直流電動機相媲美，而且可以控制異步電動機產生的轉矩。1 轉矩控制功能結構圖9轉矩控制功能框圖轉矩控制根據不同的數學算法其功能結構也不同，圖9是一種典型的采用矢量方式實現的轉矩控制功能框圖。先是根據轉矩設定值計算出轉差頻率，并與變頻器獲得的反饋速度（一般用編碼器pg）或是直接推算的電動機速度相加，在速度限制下輸出同步頻率。很顯然，在轉矩控制方式下，速度調節(jié)器asr并不起直接作用，也無法控制速度。轉矩控制時，變頻器的輸出頻率自

2、動跟蹤負載速度的變化，但輸出頻率的變化受設定的加速和減速時間影響，如需要加快跟蹤的速度，需要將加速和減速時間設得短一些。轉矩分正向轉矩和反向轉矩，其設定可以通過模擬量端子的電平來決定，該轉矩方向與運行指令的方向（即正轉和反轉）無關。當模擬量信號為010v時，為正轉矩，即電動機正轉方向的轉矩指令（從電動機的輸出軸看是逆時針轉）;當模擬量信號為10v0時，為負轉矩，即電動機反轉方向的轉矩指令（從電動機的輸出軸看是順時針轉）。2轉矩控制和速度控制的切換由于轉矩控制時不能控制轉速的大小，所以，在某些轉速控制系統(tǒng)中，轉矩控制主要用于起動或停止的過渡過程中。當拖動系統(tǒng)已經起動后，仍應切換成轉速控制方式，以

3、便控制轉速。    切換的時序圖如圖10所示。圖10轉矩控制和轉速控制的時序圖（1） t1時段:變頻器發(fā)出運行指令時，如未得到切換信號，則為轉速控制模式。變頻器按轉速指令決定其輸出頻率的大小。同時，可以預置轉矩上限。（2） t2時段:變頻器得到切換至轉矩控制的信號（通常從外接輸入電路輸入），轉為轉矩控制模式。變頻器按轉矩指令決定其電磁轉矩的大小。同時，必須預置轉速上限。（3） t3時段:變頻器得到切換至轉速控制的信號, 回到轉速控制模式。（4） t4時段:變頻器再次得到切換至轉矩控制的信號, 回

4、到轉矩控制模式。（5） t5時段:變頻器的運行指令結束，將在轉速控制模式下按預置的減速時間減速并停止。如果變頻器的運行指令在轉矩控制下結束，變頻器將自動轉為轉速控制模式，并按預置的減速時間減速并停止。 3轉矩控制與限轉矩功能在轉矩控制中，經常會與速度控制下的限轉矩功能搞混淆。所謂轉矩限定，就是用來限制速度調節(jié)器asr輸出的轉矩電流。定義轉矩限定值0.0200為變頻器額定電流的百分數;如果轉矩限定100，即設定的轉矩電流極限值為變頻器的額定電流。圖11所示為轉矩限值功能示意圖，f1、f2分別限制電動和制動狀態(tài)時輸出轉矩的大小。圖11轉矩限制功能圖再生制動狀態(tài)運行時，應根據需要

5、的制動轉矩適當調整再生制動限定值f2，在要求大制動轉矩的場合，應外接制動電阻或制動單元，否則可能會產生過壓故障。對于轉矩限制值，一般可以通過兩種方式進行設定。一種是通過參數設定，變頻器都提供了相應的參數，如安川vs g7的l701到l704可以分別設定四個象限的轉矩限定值。另外一種就是通過模擬量輸入設定，用輸入量的010v或420ma信號對應0200的轉矩限值。幾個方面了解變頻器v/f控制方式2012-9-29 9:15:56本站原創(chuàng) 我要評論(0) 【字體：大 中 小】我們知道，變頻器v/f控制的基本思想是u/f=c，因此定義在頻率為fx時，

6、ux的表達式為ux/fx=c，其中c為常數，就是“壓頻比系數”。圖1中所示就是變頻器與的基本運行v/f曲線,矢量變頻器。由圖1可以看出，當電動機的運行頻率高于一定值時，變頻器的輸出電壓不再能隨頻率的上升而上升，我們就將該特定值稱之為基本運行頻率，用fb表示。也就是說，基本運行頻率是指變頻器輸出最高電壓時對應的最小頻率。在通常情況下，基本運行頻率是電動機的額定頻率，如電動機銘牌上標識的50hz或60hz。同時與基本運行頻率對應的變頻器輸出電壓稱之為最大輸出電壓，用vmax表示。當電動機的運行頻率超過基本運行頻率fb后，u/f不再是一個常數，而是隨著輸出頻率的上升而減少，電動機磁通也因此減少，變成

7、“弱磁調速”狀態(tài)?；具\行頻率是決定變頻器的逆變波形占空比的一個設置參數，當設定該值后，變頻器cpu將基本運行頻率值和運行頻率進行運算后，調整變頻器輸出波形的占空比來達到調整輸出電壓的目的。因此，在一般情況下，不要隨意改變基本運行頻率的參數設置，如確有必要，一定要根據電動機的參數特性來適當設值，否則，容易造成變頻器過熱、過流等現象。1預定義的v/f曲線和用戶自定義v/f曲線由于電動機負載的多樣性和不確定性，因此很多變頻器廠商都推出了預定義的v/f曲線和用戶自定義的任意 v/f曲線。預定義的v/f曲線是指變頻器內部已經為用戶定義的各種不同類型的曲線。如艾默生ev2000變頻器有三種特定

8、曲線（圖2a），曲線1為2.0次冪降轉矩特性、曲線2為1.7次冪降轉矩特性、曲線為1.2次冪降轉矩特性。羅克韋爾ab powerflex 400變頻器有4種定義的曲線（如圖2b），其定義的方式是在電動機額定頻率一半（即50fn）時的輸出電壓是電動機額定電壓的30時（即30vn）為曲線1，35vn為曲線2，40vn為曲線3，vn為曲線4。這些預定義的v/f曲線非常適合在可變轉矩（如典型的風機和泵類負載）中使用，用戶可以根據負載特性進行調整，以達到最優(yōu)的節(jié)能效果。對于其他特殊的負載，如同步電動機，則可以通過設置用戶自定義v/ f曲線的幾個參數，來得到任意v/ 

9、;f曲線，從而可以適應這些負載的特殊要求和特定功能。自定義v/ f曲線一般都通過折線設定，典型的有三段折線和兩段折線。用戶自定義v/f曲線以三段折線設定為例，如圖3所示，f通常為變頻器的基本運行頻率，在某些變頻器中定義為電動機的額定頻率，;v通常為變頻器的最大輸出電壓，在某些變頻器中定義為電動機的額定電壓。如果最大輸出電壓等于額定電壓或者基本運行頻率等于額定頻率，則兩者是一回事，如果兩者之間數值不相等，就必須根據變頻器的用戶手冊來確定具體的數據。圖中給出了三個中間坐標數值，即（f1，v1）、（f2，v2）、（f3，v3），用戶只需填入相應的電壓值或電壓百分比以及頻率值或頻率百分比即可

10、。如果將其中的兩點重合就可以看成是二段折線設定。雖然用戶自定義v/f曲線可以任意設定，但是一旦數值設定不當，就會造成意外故障。比如說低頻時轉矩提升電壓過高，造成電動機起動時低頻抖動。所以，v/f曲線特性必須以滿足電動機的運行為前提條件。2v/f曲線轉矩補償變頻器在啟動或極低速運行時，根據v/f曲線，電動機在低頻時對應輸出的電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，這就導致勵磁不足而使電動機不能獲得足夠的旋轉力，因此需要對轉矩進行補充補償，這稱為轉矩補償。通常的做法是對輸出電壓做一些提升補償，以補償定子電阻上電壓降引起的輸出轉矩損失，從而改善電動機的輸出轉矩。圖4中，v0表示手動轉矩提升電壓、

11、vmax表示最大輸出電壓、f0表示轉矩提升的截止頻率、fb表示基本運行頻率。對于v0的設置原則一般有以下幾點:    （1）當電動機與變頻器之間的距離太遠時，由于線路壓降增大，應適當增大v0值;    （2）當電動機容量小于變頻器額定容量時，由于此容量電動機的繞組電阻比大容量電動機大，電阻壓降也大，應適當增大v0值;    （3）當電動機抖動厲害時，說明轉矩過大，轉矩補償增益調得過高，應適當減小v0值。這里必須避免這樣一個誤區(qū):即使提高很多輸出電壓，電動機轉矩并不能和其電流相

12、對應的提高。這是因為電動機電流包含電動機產生的轉矩分量和其它分量（如勵磁分量）。關于截止頻率f0，在有些變頻器中是固定的頻率值，如abb acs550變頻器f020hz、羅克韋爾ab powerflex 400變頻器f025hz;有些變頻器是可以設置的，如艾默生ev2000變頻器f0=050%基本運行頻率。轉矩補償可以根據變頻器的參數設置選擇手動和自動，如手動設置則允許用戶v0在020%或30umax之間任意設定，如自動設置則是變頻器根據電動機啟動過程中的力矩情況進行自動補償，其參數是隨著負載變化而更改的。速度傳感器矢量控制與閉環(huán)v/f控制的幾個區(qū)別2012-9-

13、28 10:32:25本站原創(chuàng) 我要評論(0) 【字體：大 中 小】矢量變頻器帶速度傳感器矢量控制與閉環(huán)v/f控制在安裝編碼器pg上有共同點，而且都有類似的pid環(huán)以及相應的參數設置，好像給人一種雷同的感覺。但兩者存在著很大的區(qū)別，主要一點在于前者是矢量控制，而后者屬于傳統(tǒng)的v/f控制。圖7帶速度傳感器矢量控制原理框圖圖8閉環(huán)v/f控制原理框圖我們對比一下帶速度傳感器矢量控制與閉環(huán)v/f控制的原理框圖，如圖7、圖8中所示。矢量控制時的速度控制asr是把速度指令和速度反饋信號進行差值比較，然后進行pi控制后，經過一定的濾波時間，再經過轉矩限定，輸出轉矩電流

14、，進入轉矩環(huán)控制;而閉環(huán)v/f控制是將速度指令和速度反饋信號的偏差調為零，pid的結果只是去直接控制變頻器的頻率輸出。除了控制原理上的區(qū)分外，帶速度傳感器矢量控制與閉環(huán)v/f控制還有以下幾點不同:（1） 控制精度不同。帶速度傳感器矢量控制的速度控制精度能達到0.05，而閉環(huán)v/f控制則只有0.5（相當于無傳感器矢量控制的水平）。（2） 啟動轉矩不同。帶速度傳感器矢量控制的啟動轉矩可達到200/0hz，而閉環(huán)v/f控制則只有180/0.5hz。（3） 安裝方式不一樣。帶速度傳感器矢量控制的編碼器安裝要求非常嚴格，必須與電動機或者齒輪電動機的軸一致;而閉環(huán)v/f控制則

15、可以安裝在傳動點的任意一個位置。（4） 編碼器選型不一樣。帶速度傳感器矢量的編碼器要求比較嚴格，通常都要求二相輸入;而閉環(huán)v/f控制則可以只要求一相輸入，甚至可以用高性能接近開關替代。（5）編碼器斷線停機方式不一樣。帶速度傳感器矢量控制的編碼器斷線故障檢出后，將不得不自由停車;而閉環(huán)v/f控制還可以在頻率指令下繼續(xù)開環(huán)v/f控制運行。幾個方面了解無速度傳感器矢量控制方式2012-9-28 9:54:43本站原創(chuàng) 我要評論(0) 【字體：大 中 小】在高性能的異步電動機矢量控制系統(tǒng)中，矢量變頻器的轉速的閉環(huán)控制環(huán)節(jié)一般是必不可少的。通常，采用旋轉

16、編碼器等速度傳感器來進行轉速檢測，并反饋轉速信號。但是，由于速度傳感器的安裝給系統(tǒng)帶來一些缺陷:系統(tǒng)的成本大大增加;精度越高的編碼器價格也越貴;編碼器在電動機軸上的安裝存在同心度的問題，安裝不當將影響測速的精度;安裝在電動機軸上的體積增大，而且給電動機的維護帶來一定困難，同時破壞了異步電動機的簡單堅固的特點;在惡劣的環(huán)境下，編碼器工作的精度易受環(huán)境的影響。而無速度傳感器的控制系統(tǒng)無需檢測硬件，免去了速度傳感器帶來的種種麻煩，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)的成本;另一方面，使得系統(tǒng)的體積小、重量輕，而且減少了電動機與控制器的連線。因此，無速度傳感器的矢量控制方式在工程應用中變得非常必要。

17、0;   無速度傳感器的矢量控制方式是基于磁場定向控制理論發(fā)展而來的。實現精確的磁場定向矢量控制需要在異步電動機內安裝磁通檢測裝置，要在異步電動機內安裝磁通檢測裝置是很困難的，但人們發(fā)現，即使不在異步電動機中直接安裝磁通檢測裝置，也可以在通用變頻器內部得到與磁通相應的量，并由此得到了無速度傳感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根據輸入的電動機的銘牌參數，按照一定的關系式分別對作為基本控制量的勵磁電流（或者磁通）和轉矩電流進行檢測，并通過控制電動機定子繞組上的電壓的頻率使勵磁電流（或者磁通）和轉矩電流的指令值和檢測值達到一致，并輸出轉矩，從而實現矢量控制。采用矢量

18、控制方式的通用變頻器不僅可在調速范圍上與直流電動機相匹敵，而且可以控制異步電動機產生的轉矩。由于矢量控制方式所依據的是準確的被控異步電動機的參數，因此需要在使用時準確地輸入異步電動機的參數，并對拖動的電動機進行調諧整定，否則難以達到理想的控制效果。無速度傳感器矢量控制方式的基本技術指標定義如下:速度控制精度±0.5，速度控制范圍1:100，轉矩控制響應<200ms，啟動轉矩>150/0.5hz。其中啟動轉矩指標，根據不同品牌的變頻器其性能有所高低變動，大致在150250之間。如圖6所示為安川g7的無速度傳感器矢量控制方式下的啟動轉矩特性，在0.3hz極低速下能達到150%

19、以上的轉矩。 圖6無速度傳感器矢量控制方式啟動轉矩特性有時為了描述上的方便，也把無速度傳感器的矢量控制方式稱為開環(huán)矢量控制或無pg反饋矢量控制。電動機參數的調諧整定    由于電動機磁通模型的建立必須依賴于電動機參數，因此選擇無速度傳感器矢量控制時，第一次運行前必須首先對電動機進行參數的調諧整定。目前新型矢量控制通用變頻器中已經具備異步電動機參數自動調諧、自適應功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅動異步電動機進行正常運轉之前可以自動地對異步電動機的參數進行調諧后存儲在相應的參數組中，并根據調諧結果調整控制算法中的有關數值。自動調諧（因在電動機旋轉情況下進行

20、，又稱旋轉式調諧）的步驟一般是這樣的:首先在變頻器參數中輸入需要調諧的電動機的基本參數，包括電動機的類型（異步電動機或同步電動機）、電動機的額定功率（單位是kw）、電動機的額定電流（單位是a）、電動機的額定頻率（單位是hz）、電動機的額定轉速（單位r/min）;然后將電動機與機械設備分開，電動機作為單體;接著用變頻器的操作面板指令操作，變頻器的控制程序就會一邊根據內部預先設定的運行程序自動運轉，一邊測定一次電壓和一次電流，然后計算出電動機的各項參數。但在電動機與機械設備難以分開的場合卻很不方便，此時可采用靜止式調諧整定的方法，即將固定在任一相位、僅改變振幅而不產生旋轉的三相交流電壓施加于電動機

21、上，電動機不旋轉，由此時的電壓、電流波形按電動機等值回路對各項參數進行運算，便能高精度測定控制上必需的電動機參數。在靜止式調諧中，用原來方法無法測定的漏電流也能測定，控制性能進一步提高。利用靜止式調諧技術，可對于機械設備組合一起的電動機自動調諧、自動測定控制上所需的各項常數，因而顯著提高了通用變頻器使用的方便性。                        

22、;                 圖7異步電動機穩(wěn)態(tài)等效電路從圖7所示的異步電動機的t型等效電路表示中可以看出，電動機除了常規(guī)的參數如電動機極數、額定功率、額定電流外，還有r1（定子電阻）、x11（定子漏感抗）、r2（轉子電阻）、x21（轉子漏感抗）、xm（互感抗）和i0（空載電流）。從上面已經知道，參數辨識分電動機靜止辨識和旋轉辨識兩種，其中在靜止辨識中，變頻器能自動測量并計算定子和轉子電阻以及相對于基本頻率的漏感抗，并同時將測量的

23、參數寫入;在旋轉辨識中，變頻器自動測量電動機的互感抗和空載電流。速度調節(jié)器asr圖8速度調節(jié)器簡化框圖速度調節(jié)器asr的結構如圖8所示，圖8中kp為比例增益，ki為積分時間。積分時間設為0時，則無積分作用，速度環(huán)為單純的比例調節(jié)器。由于是無速度傳感器矢量控制方式，速度環(huán)的實際速度來源于變頻器內部的實際計算值。速度調節(jié)器asr的整定參數包括比例增益p和積分時間i，其數值大小將直接影響矢量控制的效果，其目標就是要取得動態(tài)性能良好的階躍響應，如圖9a所示。具體調節(jié)的影響情況如下:    （1）增加比例增益p，可加快系統(tǒng)的動態(tài)響應，但p值過大，系統(tǒng)容易振蕩;&#

24、160;   （2）減小積分時間i值，可加快系統(tǒng)的動態(tài)響應，但i值過小，系統(tǒng)超調就會增大，且容易產生振蕩;    （3）通常先調整比例增益p值，保證系統(tǒng)不振蕩的前提下盡量增大p值，然后調節(jié)積分時間i值使系統(tǒng)既有快速的響應特性又超調不大。a）參數整定情況之一 b）參數整定情況之一c）參數整定情況之一 圖9速度調節(jié)器asr階躍響應與pi參數的關系圖9b是比例增益p值與速度調節(jié)器asr的階躍響應關系，圖9c是積分時間i值與速度調節(jié)器asr的階躍響應關系。一般的矢量變頻器為了適應電動機低速和高速帶載運行都有快速響應的情況，都設有兩套pi參數值（即低速pi值和高速pi值），同時設有切換頻率。為了保證兩套pi值的正常過渡，一些變頻器還另外設置了兩個切換頻率，即切換頻率1和切換頻率2，如