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變頻器矢量控制

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  • 發(fā)布時間:2014/12/12 11:38:48
  • 作者:銀河電氣

  變頻器矢量控制是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量,分別對異步電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制,從而達到控制異步電動機轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的目的。具體是將異步電動機的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的勵磁電流分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流分量,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。變頻器矢量控制方式有基于轉(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。相比于常規(guī)的v/f控制方式,變頻器矢量控制響應(yīng)速度快、控制靈活、精度高。目前,矢量控制技術(shù)已經(jīng)成為高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)的首選方案。

1變頻器矢量控制原理


  以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁場為準(zhǔn)則,變頻器矢量控制方式的做法是將異步電動機在三相坐標(biāo)系上的定子交流電流Ia、Ib、Ic通過三相/兩相變換,等效成兩相靜止坐標(biāo)系上的交流電流Ia1、Ib1,再通過同步旋轉(zhuǎn)變換,等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的直流電流Im1和It1。然后模仿直流電動機的控制方法,求得直流電動機的控制量,經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換,實現(xiàn)對異步電動機的控制。

變頻器矢量控制等效變換關(guān)系圖
圖示:變頻器矢量控制等效變換關(guān)系圖

  從整體上看,輸入為A、B、C三相電壓,輸出為轉(zhuǎn)速ω,是一臺異步電動機。從內(nèi)部看,經(jīng)過3/2變換和同步旋轉(zhuǎn)變換,變成一臺由Im1和It1輸入,ω輸出的直流電動機。在這里異步電動機經(jīng)過坐標(biāo)變換可以等效成直流電動機,那么模仿直流電動機的控制策略,得到直流電動機的控制量,經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換,我們就能夠有效的控制異步電動機。由于進行坐標(biāo)變換的是電流(代表磁通)的空間矢量,所以這樣通過坐標(biāo)變換實現(xiàn)的控制系統(tǒng)叫作矢量控制系統(tǒng)。

變頻器矢量控制系統(tǒng)構(gòu)成原理圖
圖示:變頻器矢量控制系統(tǒng)構(gòu)成原理圖

2變頻器矢量控制優(yōu)勢


  目前變頻器應(yīng)用的主要目的是節(jié)能和調(diào)速控制,現(xiàn)今主要應(yīng)用的控制方式有v/f控制和矢量控制。
  常規(guī)v/f控制方式,電機的電壓降會隨著電機速度的降低而增大,此時電機會由于勵磁不足而不能獲得足夠的轉(zhuǎn)矩(特別是在低頻率時),也就是說變頻器v/f控制在低頻率時無法滿足電機額定轉(zhuǎn)矩的輸出。并且,在v/f控制中,用戶根據(jù)負載情況預(yù)先設(shè)定一種v/f曲線,變頻器在工作時按照設(shè)定的曲線調(diào)整電壓頻率,按照事先安排好的補償程度工作,不能隨負載的變化而改變。
  變頻器矢量控制可以使得變頻器根據(jù)頻率和負載情況實時的改變輸出頻率和電壓,因此其動態(tài)性能相對完善。矢量控制對于設(shè)定值改變和負載改變有很短的上升時間,系統(tǒng)響應(yīng)速度快,有較好的控制性能;可以實現(xiàn)極低速時的平滑運行和高力矩高精度的速度和力矩控制;在零速時可輸出全部停車轉(zhuǎn)矩。在對轉(zhuǎn)矩控制要求高的場合,其優(yōu)越的控制性能受到使用者的青睞。


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