變頻器基本控制模式

變頻器基本控制模式第一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日內(nèi)容1、U/F控制2、矢量控制3、直接轉(zhuǎn)矩控制第二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日U/F控制的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)：1、這種控制方式在低頻時，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。2、其機(jī)械特性終究沒有直流電動機(jī)硬，動態(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。應(yīng)用范圍：可以滿足大部分對調(diào)速響應(yīng)動態(tài)性能要求不高的場合，如風(fēng)機(jī)，水泵負(fù)載第三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日電磁轉(zhuǎn)矩

T：轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)距之總和。常數(shù)每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的U/F控制理論依據(jù)第四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日磁通量須恒定Φ↓→TM=KTI2ΦMCOSφ2↓Φ↑→磁路飽和→勵磁電流畸變，產(chǎn)生尖峰電流磁通量Φ↑磁路飽和電流增大磁通量Φ↓電機(jī)轉(zhuǎn)矩TM下降為了保證給定的電流產(chǎn)生一個最大可能轉(zhuǎn)矩，電機(jī)必須工作在盡可能大的一個恒定磁通第五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日U/F=常數(shù)三相異步電動機(jī)的每相電動勢的有效值為

故要保持Φ恒定，只要變頻又變壓第六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日低速轉(zhuǎn)矩下降對于低輸出頻率，V/f特性僅能輸出一個低電壓。即使在低頻，定子繞組電阻也可忽略不計。對于實現(xiàn)以下目的其輸出電壓可能太低1、實現(xiàn)異步電機(jī)的勵磁2、保持負(fù)載電流3、在系統(tǒng)中補(bǔ)償損耗(在繞組電阻中的歐姆損耗)U1下降→I1r1在U1中的比例增大第七頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日

低頻電壓補(bǔ)償圖3-26

電壓補(bǔ)償原理第八頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日

△U的大小隨負(fù)載電流而變化

U/F的比值只能設(shè)定一次；所以負(fù)載變動時不能始終工作在最佳狀態(tài)，即輕載時磁路易飽和。電壓補(bǔ)償?shù)奶匦缘诰彭摚捕隧?，編輯?023年，星期日滑差補(bǔ)償負(fù)載從M1增加到M2參看附圖時由于存在滑差電動機(jī)的速度頻率由f1降為f2在負(fù)載增加時變頻器可以稍許增加其輸出頻率對頻率的降低進(jìn)行補(bǔ)償變頻器對其輸出電流進(jìn)行檢測并根據(jù)電流的大小增加輸出頻率對預(yù)期的滑差加以補(bǔ)償?shù)谑?，共二十八頁，編輯?023年，星期日U/F控制曲線第十一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日矢量控制直流電動機(jī)控制第十二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日矢量控制描述矢量控制實現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機(jī)的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量(勵磁電流)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。第十三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日基本構(gòu)思第十四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式基于轉(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，通過檢測異步電動機(jī)的實際速度n，并得到對應(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分量間的相位，對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，可以消除動態(tài)過程中轉(zhuǎn)矩電流的波動，從而提高了通用變頻器的動態(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。第十五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日無速度傳感器的矢量控制方式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(xiàn)精確的磁場定向矢量控制需要在異步電動機(jī)內(nèi)安裝磁通檢測裝置，要在異步電動機(jī)內(nèi)安裝磁通檢測裝置是很困難的，但人們發(fā)現(xiàn)，即使不在異步電動機(jī)中直接安裝磁通檢測裝置，也可以在通用變頻器內(nèi)部得到與磁通相應(yīng)的量，并由此得到了所謂的無速度傳感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根據(jù)輸入的電動機(jī)的銘牌參數(shù)，按照轉(zhuǎn)矩計算公式分別對作為基本控制量的勵磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測，并通過控制電動機(jī)定子繞組上的電壓的頻率使勵磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流的指令值和檢測值達(dá)到一致，并輸出轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)矢量控制。第十六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日矢量控制參數(shù)要求采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動機(jī)相匹配，而且可以控制異步電動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。由于矢量控制方式所依據(jù)的是準(zhǔn)確的被控異步電動機(jī)的參數(shù)，有的通用變頻器在使用時需要準(zhǔn)確地輸入異步電動機(jī)的參數(shù)，有的通用變頻器需要使用速度傳感器和編碼器，并需使用廠商指定的變頻器專用電動機(jī)進(jìn)行控制，否則難以達(dá)到理想的控制效果。目前新型矢量控制通用變頻器中已經(jīng)具備異步電動機(jī)參數(shù)自動檢測、自動辨識、自適應(yīng)功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅(qū)動異步電動機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動地對異步電動機(jī)的參數(shù)進(jìn)行辨識，并根據(jù)辨識結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)，從而對普通的異步電動機(jī)進(jìn)行有效的矢量控制。第十七頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日矢量控制自學(xué)習(xí)的概念電動機(jī)數(shù)據(jù)的輸入

如上述，要實現(xiàn)矢量控制功能，必須根據(jù)電動機(jī)自身的參數(shù)進(jìn)行一系列等效變換的計算。而進(jìn)行計算的最基本條件，是必須盡可能多地了解電動機(jī)的各項數(shù)據(jù)。因此，把電動機(jī)銘牌上的額定數(shù)據(jù)以及定、轉(zhuǎn)子的參數(shù)輸入給變頻器，就是實現(xiàn)矢量控制的必要條件。參數(shù)包括：定子電阻，轉(zhuǎn)子電阻，定子漏抗，轉(zhuǎn)子漏抗，主電抗，IGBT的通態(tài)電壓等參數(shù)。電機(jī)磁化曲線

(1)自動檢測功能

從上面所舉例子可以看出，進(jìn)行矢量控制時，所需數(shù)據(jù)中的相當(dāng)部分，一般用戶是很難得到的。這給矢量控制的應(yīng)用帶來了困難。對此，當(dāng)代的許多變頻器都已經(jīng)配置了自動檢測電動機(jī)參數(shù)的功能。但檢測的具體方法，各種變頻器不盡相同。

自動檢測功能的英語名稱是auto-tuning,故有的變頻器直譯為“自動調(diào)諧”功能,也有的稱之為“自學(xué)習(xí)”功能。

第十八頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日無編碼器的矢量控制無反饋矢量控制模式與有反饋矢量控制模式

根據(jù)在實行矢量控制時，是否需要轉(zhuǎn)速反饋的特點(diǎn)，而有無反饋和有反饋矢量控制之分。

無反饋矢量控制是根據(jù)測量到的電流、電壓和磁通等數(shù)據(jù)，簡接地計算出當(dāng)前的轉(zhuǎn)速，并進(jìn)行必要的修正，從而在不同頻率下運(yùn)行時，得到較硬機(jī)械特性的控制模式。由于計算量較大，故動態(tài)響應(yīng)能力稍差。

第十九頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日帶編碼器的矢量控制

。有反饋矢量控制則必須在電動機(jī)輸出軸上增加轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)。由于轉(zhuǎn)速大小直接由速度傳感器測量得到，既準(zhǔn)確、又迅速。與無反饋矢量控制模式相比，具有機(jī)械特性更硬、頻率調(diào)節(jié)范圍更大、動態(tài)響應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)第二十頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日有速度(位置)傳感器和無速度(位置)傳感器系統(tǒng)

在矢量控制和直接力矩控制系統(tǒng)開發(fā)的初期都要求在電機(jī)軸上裝設(shè)編碼器，測取速度(位置)信號，有些場合安裝編碼器困難，所以又開發(fā)了無速度傳感器系統(tǒng)。無速度傳感器系統(tǒng)現(xiàn)在是熱門話題，方法很多，但真正用于工業(yè)產(chǎn)品的都基于同樣原理--電壓、電流模型法。第二十一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日舉例說明有的公司宣稱它的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)在靜止時也能產(chǎn)生滿力矩，這話沒錯，但也有宣傳成分。因為在靜止時，速度為零是已知的，不需辨識，但一轉(zhuǎn)起來，長期低速運(yùn)行就不行了。MM440變頻器P273第二十二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日圖解P376UFP377無PG矢量（SLVC）P378(VC)第二十三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日開環(huán)閉環(huán)轉(zhuǎn)矩模式

第二十四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日轉(zhuǎn)矩控制的特點(diǎn)第二十五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日矢量控制應(yīng)用要點(diǎn)矢量控制的應(yīng)用要點(diǎn)

(1)應(yīng)用矢量控制的注意點(diǎn)

由于矢量控制必須根據(jù)電動機(jī)的參數(shù)進(jìn)行一系列的演算，因此，其使用范圍必將受到一些限制。

(a)電動機(jī)的容量

電動機(jī)的容量應(yīng)盡可能與變頻器說明書中標(biāo)明的“配用電動機(jī)容量”相符，最多低一個檔次。

例如，變頻器的“配用電動機(jī)容量”為45kW，電動機(jī)的下一檔容量為37kW。則該變頻器只能在配接45kW或37kW的電動機(jī)時，矢量控制功能是有效的。

(b)電動機(jī)的磁極數(shù)

以2p=4(4極電動機(jī))為最佳，要注意說明書中對磁極數(shù)的規(guī)定。

(c)電動機(jī)的型號

以生產(chǎn)變頻器的同一家公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)或變頻調(diào)速專用電動機(jī)為最佳，一般的通用電動機(jī)也都可用。但特殊電動機(jī)(如高轉(zhuǎn)差電動機(jī)等)則不能用。

(d)電動機(jī)的臺數(shù)

矢量控制只適用于一臺變頻器控制一臺電動機(jī)的場合。第二十六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日矢量控制優(yōu)缺點(diǎn)矢量控制的主要優(yōu)點(diǎn)

·低頻轉(zhuǎn)矩大

即使運(yùn)行在1Hz(或0.5Hz)時,也能產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)矩,且不會產(chǎn)生在V/F控制方式中容易遇到的磁路飽和現(xiàn)象。

·機(jī)械特性好

在整個頻率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，都具有較硬的機(jī)械特性，所有機(jī)械特性基本上都是平行的。

·動態(tài)響應(yīng)好

尤其是有轉(zhuǎn)速反饋的矢量控制方式，其動態(tài)響應(yīng)時間一般都能小于100ms。矢量控制的主要缺點(diǎn)·

1、完全依賴于精確的電機(jī)模型2、矢量控制中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、計算量大、對參數(shù)變化敏感第二十七頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日直接轉(zhuǎn)矩控制DTC大家看一下西門子關(guān)于VC和直接轉(zhuǎn)矩控制的描述和矢量控制相比直接轉(zhuǎn)矩控制具有結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度快、對參數(shù)變化魯棒性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn).控制結(jié)構(gòu)簡單、控制信號處理的物理概念明確、系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速