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变频器矢量控制

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  • 发布时间:2014/12/12 11:38:48
  • 作者:银河电气

  变频器矢量控制是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量,分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制,从而达到控制异步电动机转矩转速的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量,分别加以控制,并同时控制两分量间的幅值和相位,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。变频器矢量控制方式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。相比于常规的v/f控制方式,变频器矢量控制响应速度快、控制灵活、精度高。目前,矢量控制技术已经成为高性能变频调速系统的首选方案。

1变频器矢量控制原理


  以产生同样的旋转磁场为准则,变频器矢量控制方式的做法是将异步电动机在三相坐标系上的定子交流电流Ia、Ib、Ic通过三相/两相变换,等效成两相静止坐标系上的交流电流Ia1、Ib1,再通过同步旋转变换,等效成同步旋转坐标系上的直流电流Im1和It1。然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。

变频器矢量控制等效变换关系图
图示:变频器矢量控制等效变换关系图

  从整体上看,输入为A、B、C三相电压,输出为转速ω,是一台异步电动机。从内部看,经过3/2变换和同步旋转变换,变成一台由Im1和It1输入,ω输出的直流电动机。在这里异步电动机经过坐标变换可以等效成直流电动机,那么模仿直流电动机的控制策略,得到直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,我们就能够有效的控制异步电动机。由于进行坐标变换的是电流(代表磁通)的空间矢量,所以这样通过坐标变换实现的控制系统叫作矢量控制系统。

变频器矢量控制系统构成原理图
图示:变频器矢量控制系统构成原理图

2变频器矢量控制优势


  目前变频器应用的主要目的是节能和调速控制,现今主要应用的控制方式有v/f控制和矢量控制。
  常规v/f控制方式,电机的电压降会随着电机速度的降低而增大,此时电机会由于励磁不足而不能获得足够的转矩(特别是在低频率时),也就是说变频器v/f控制在低频率时无法满足电机额定转矩的输出。并且,在v/f控制中,用户根据负载情况预先设定一种v/f曲线,变频器在工作时按照设定的曲线调整电压频率,按照事先安排好的补偿程度工作,不能随负载的变化而改变。
  变频器矢量控制可以使得变频器根据频率和负载情况实时的改变输出频率和电压,因此其动态性能相对完善。矢量控制对于设定值改变和负载改变有很短的上升时间,系统响应速度快,有较好的控制性能;可以实现极低速时的平滑运行和高力矩高精度的速度和力矩控制;在零速时可输出全部停车转矩。在对转矩控制要求高的场合,其优越的控制性能受到使用者的青睐。