变频器矢量控制的优点及应用
矢量控制原理--应用采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。鉴于电机参数有可能发生变化，会影响变频器对电机的控制性能，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。
异步电动机矢量控制变频调速系统的开发，使异步电动机的调速可获得和直流电动机相媲美的高精度和快速响应性能。异步电动机的机械结构又比直流电动机简单、坚固，且转子无碳刷滑环等电气接触点，故应用前景十分广阔。现将其优点和应用范围综述如下：1、矢量控制系统的优点：动态的速响应直流电动机受整流的限制，过高的di/dt是不容许的。异步电动机只受逆变器容量的限制，强迫电流的倍数可取得很高，故速度响应快，一般可达到毫秒级，在快速性方面已超过直流电动机。
低频转矩增大一般通用变频器（VVVF控制）在低频时转矩常低于额定转矩，在5Hz以下不能带满负载工作。而矢鱿控制变频器由于能保持磁通恒定，转矩与it呈线性关系，故在极低频时也能使电动机的转矩高于额定转矩。
控制的灵活性直流电动机常根据不同的负载对象，选用他励、串励、复励等形式。它们各有不同的控制特点和机械特性。而在异步电动机矢量控制系统中，可使同一台电动机输出不同的特性。在系统内用不同的函数发生器作为磁通调节器，即可获得他励或串励直流电动机的机械特性。
使用矢量控制，可以使电机在低速，如（无速度传感器时）1Hz（对4极电机，其转速大约为30r/min）时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电输出的转矩（最大约为额定转矩的150％）。
对于常规的V/F控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁
变频器矢量控制的基本原理分析 矢量控制的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理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电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)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。矢量控制方式又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。基于转差频率控制的矢量控制方式同样是在进行U/f＝恒定控制的基础上，通过检测异步电动机的实际速度n，并得到对应的控制频率f，然后根据希望得到的转矩，分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位，对通用变频器的输出频率f进行控制的。基于转差频率控制的矢量控制方式的最大特点是，可以消除动态过程中转矩电流的波动，从而提高了通用变频器的动态性能。早期的矢量控制通用变频器基本上都是采用的基于转差频率控制的矢量控制方式。 无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制理论发展而来的。实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测装置，要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的，但人们发现，即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置，也可以在通用变频器内部得到与磁通相应的量，并由此得到了所谓的无速度传感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数，按照一定的关系式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值和检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。
变频器矢量控制的优点及应用 矢量控制原理--应用采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。鉴于电机参数有可能发生变化，会影响变频器对电机的控制性能，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。 异步电动机矢量控制变频调速系统的开发，使异步电动机的调速可获得和直流电动机相媲美的高精度和快速响应性能。异步电动机的机械结构又比直流电动机简单、坚固，且转子无碳刷滑环等电气接触点，故应用前景十分广阔。现将其优点和应用范围综述如下：1、矢量控制系统的优点：动态的速响应直流电动机受整流的限制，过高的di/dt是不容许的。异步电动机只受逆变器容量的限制，强迫电流的倍数可取得很高，故速度响应快，一般可达到毫秒级，在快速性方面已超过直流电动机。 低频转矩增大一般通用变频器（VVVF控制）在低频时转矩常低于额定转矩，在5Hz以下不能带满负载工作。而矢鱿控制变频器由于能保持磁通恒定，转矩与it呈线性关系，故在极低频时也能使电动机的转矩高于额定转矩。 控制的灵活性直流电动机常根据不同的负载对象，选用他励、串励、复励等形式。它们各有不同的控制特点和机械特性。而在异步电动机矢量控制系统中，可使同一台电动机输出不同的特性。在系统内用不同的函数发生器作为磁通调节器，即可获得他励或串励直流电动机的机械特性。 使用矢量控制，可以使电机在低速，如（无速度传感器时）1Hz（对4极电机，其转速大约为30r/min）时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电输出的转矩（最大约为额定转矩的150％）。 对于常规的V/F控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁
矢量控制是20世纪70年代由前西德Blaschke等人首先提出来的对交流电动机的一种新的控制思想和控制技术，也是交流电动机的一种理想的调速方法。矢量控制的基本思想是将异步电动机的定子电流分为产生磁场的电流分量（励磁电流）和与其相垂直的产生转矩的电流分量（转矩电流）并分别加以控制。由于在这种控制方式中必须同时控制异步电动机定子电流的幅值和相位，即控制定子电流矢量，因此这种控制方式称为矢量控制方式。 矢量控制方式使对异步电动机进行高性能的控制成为可能。采用矢量控制方式的交流调速系统不仅在调速范围上可以与直流电动机相匹敌，而且可以直接控割异步毫乏t产生的转矩。所以已经在许多需要进行精密控制的领域得到了应用。 由于在进行矢量控制时需要准确地掌握对象电动机的有关参数，这种控制有式芝云主要用于厂家指定的变频器专用电动机的控制。但是，随着变频调速理论和技术的发曩以及现代控制理论在变频器中的成功应用，目前在新型矢量控制变频器中已经增加了自调整（autotuning）功能。带有这种功能的变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对电动机的参数进行辨识并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而使得对普通的异步电动机进行有效的矢量控制也成为可能。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解台达变频器、三菱变频器、西门子变频器、安川变频器、艾默生变频器的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/0c1324114.html,/
第2章永磁同步电机结构及控制方法 2.1 永磁同步电机概述 永磁同步电动机的运行原理与电励磁同步电动机相同，但它以永磁体提供的磁通替代后的励磁绕组励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，省去了励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。因而它是近年来研究得较多并在各个领域中得到越来越广泛应用的一种电动机。 永磁同步电动机分类方法比较多：按工作主磁场方向的不同，可分为径向磁场式和轴向磁场式；按电枢绕组位置的不同，可分为内转子式(常规式)和外转子式；按转子上有无起绕组，可分为无起动绕组的电动机(用于变频器供电的场合，利用频率的逐步升高而起动，并随着频率的改变而调节转速，常称为调速永磁同步电动机)和有起动绕组的电动机(既可用于调速运行又可在某以频率和电压下利用起动绕组所产生的异步转矩起动，常称为异步起动永磁同步电动机)；按供电电流波形的不同，可分为矩形波永磁同步电动机和正弦波永磁同步电动机(简称永磁同步电动机)。异步起动永磁同步电动机用于频率可调的传动系统时，形成一台具有阻尼(起动)绕组的调速永磁同步电动机。 永磁同步伺服电动机的定子与绕组式同步电动机的定子基本相同。但根据转子结构可分为凸极式和嵌入式两类。凸极式转子是将永磁铁安装在转子轴的表面，如图 2-1(a)。因为永磁材料的磁导率十分接近空气的磁导率，所以在交轴(q 轴)、直轴(d 轴)上的电感基本相同。嵌入式转子则是将永磁铁安装在转子轴的内部，如图 2-1(b)，因此交轴的电感大于直轴的电感。并且，除了电磁转矩外，还有磁阻转矩存在。 为了使永磁同步伺服电动机具有正弦波感应电动势波形，其转子磁钢形状呈抛物线状，其气隙中产生的磁通密度尽量呈正弦分布；定子电枢绕组采用短距分布式绕组，能最大限度地消除谐波磁动势。永磁体转子产生恒定的电磁场。当定子通以三相对称的正弦波交流电时，则产生旋转的磁场。两种磁场相互作用产生电磁力，推动转子旋转。如果能改变定子三相电源的频率和相位，就可以改变转子的转速和位置。
矢量控制(FOC)基本原理 2014.05.15 duquqiubai1234163. 一、基本概念 1.1模型等效原则 交流电机三相对称的静止绕组 A 、B 、C ，通以三相平衡的正弦电流时，所产生的合成磁动势是旋转磁动势F ，它在空间呈正弦分布，以同步转速ω1（即电流的角频率）顺着 A-B-C 的相序旋转。这样的物理模型如图1-1a 所示。然而，旋转磁动势并不一定非要三相不可，单相除外，二相、三相、四相…… 等任意对称的多相绕组，通以平衡的多相电流，都能产生旋转磁动势，当然以两相最为简单。 图1 图1-1b 中绘出了两相静止绕组α 和 β ，它们在空间互差90°，通以时间上互差90°的两相平衡交流电流，也产生旋转磁动势F 。再看图1-1c 中的两个互相垂直的绕组M 和 T ，通以直流电流M i 和T i ，产生合成磁动势F ，如果让包含两个绕组在的整个铁心以同步转速旋转，则磁动势F 自然也随之旋转起来，成为旋转磁动势。把这个旋转磁动势的大小和转速也控制成与图 1-1a 一样，那么这三套绕组就等效了。
三相--两相变换（3S/2S 变换） 在三相静止绕组A 、B 、C 和两相静止绕组α、β之间的变换，简称3S/2S 变换。其电流关系为 111221022A B C i i i i i αβ????-- ???????=?????????-????? （） 两相—两相旋转变换（2S/2R 变换） 同步旋转坐标系中（M 、T 坐标系中）轴向电流分量与α、β坐标系中轴向电流分量的转换关系为 cos sin 2sin cos M T i i i i αβ??????????=??????-???? ?? （） 1.2矢量控制简介 矢量控制是指“定子三相电流矢量控制”。 矢量控制理论最早为解决三相异步电机的调速问题而提出。交流矢量的直流标量化可以使三相异步电机获得和直流电机一样优越的调速性能。将交流矢量变换为两相直流标量的过程见图2。
矢量变频器系统在混合动力电动汽车中的应用 1 引言 混合动力电动汽车是指以蓄电池组作为动力源，用电动机和发动机驱动车轮行驶。电动机不排放有害气体并且和发动机混合驱动可以大大减少有害气体的排放量。目前城市大气污染总量的半数以上来自燃油汽车尾气,从大气环保出发，自20世纪60年代起，日、美、欧等发达国家争相开展混合动力电动汽车的研究开发工作。我国也已与20世纪80年代开始，以电力电子为基础的电气传动技术的进步，为混合动力电动汽车的开展提供了先进的物质基础；机电一体化技术的兴起与发展，为燃油汽车这一典型的机械产品向机电一体化方向演变提供了十分丰富的技术经验。混合动力电动汽车的机电一体化配置模式，控制方法，还处在百花齐放的阶段，既不成熟，也未定型。为了保证混合动力电动汽车和谐有序发展，国家已创造了一个良好的政策环境、市场环境和消费环境,因为发展混合动力电动汽车对节约能源、缓解环境污染具有重要意义,并且汽车工业是耗油大户，目前我国汽车工业的耗油量占石油消耗的1/4。2004年，我国产油1.7亿吨，进口突破1亿吨，石油消耗量占世界石油消耗量近20％，但GDP只占世界GDP的4％，在这种情况下，发展取代燃油型交通工具的混合动力电动汽车对我国经济和社会的可持续发展至关重要。另外，汽车业的发展给环境保护带来比较大的压力，混合动力电动汽车废气排量少之又少，噪音污染很小，发展混合动力电动汽车可大大减轻环境污染方面的压力。普传PI7000矢量控制变频器已成功应用到混合动力环保、节能型电动汽车系统中，已通过长期的各种试验与检验，现已在澳门的公路上稳定行驶,达到了环保、节能的效果。 2 混合动力电动汽车的传动系统 汽车是一种在陆地露天运行、结构紧凑、具有车载能源的走行机械，工矿复杂。既要能适应高速飞驰、又要能频繁起制动、上下坡快速超车紧急刹车；既要能适应雪天、雨天、盛夏严冬、雪后洒盐等恶劣天气条件，又要能承受道路的颠簸振动，还要保证司乘人员的舒适与安全。混合动力电动汽车的核心，是要用变频器控制电动机的系统取代其机械推进系统，用电池代替汽油作为车载能源，在实现零排放或少排放的前提下，满足燃油汽车各项性能、价格指标的要求。据此可将混合动力电动汽车传动系统归纳为以下几点：（1）基速以下大转矩以适应快速起动、加速、负荷爬坡、频繁起停等要求，基速以上小转矩、恒功率、调速范围宽以适应最高车速和公路飞驰超车等要求，上述要求可通过PI7000矢量变频器功能参数的简单设置即可实现. （2）整个转矩/转速运行范围内的效率最优化，以谋求电池一次充电后的续驰距离尽可能长。一辆燃油汽车带50kg汽油约可行驶700km，如改装为带400kg铅酸电池的混合动力电动汽车，则只能行驶100km。最近报导，采用最新研制的燃料电池可达到450km。开发比能量更高的新型电池是最根本的解决办法，但降低电气传动系统的损耗也是重要的一环，使用PI7000矢量变频器控制电动机，可达到高效节油、节能。（3）电动机及电控装置结构坚固、体积小、重量轻、免维修或少维修、抗颠簸振动.PI7000矢量变频器将PLC及信号装置等集成到一体。 （4）操纵性能符合司机驾驶习惯,运行平稳、乘坐舒适，电气系统换效保障措施完善。比如，当电压命令信号线、电流反馈或速度传感器线断或短路时，可能引起振幅达正负最大输出转矩的振荡。必须具备能及时发现此类事故的措施，并在一旦发现事故时，立刻切断电动机的电源. PI7000矢量变频器和PLC配合使用，具有快速的过流、过载、过压、PG线断等多种保护功能，一旦保护立即停止输出电压，司机按复位按钮即可复位恢复正常工作状态，司机可通过触摸屏非常直观地监视电池电量、运行转速、工作电流等,司机也可通过触摸屏查询故障时的电流、频率、电压及故障时的状态等，操作及排除故障方便快捷。 3 混合动力电动汽车的系统结构图及其工作原理
矢量变频器与编码器PG接线 矢量变频器与编码器PG之间的连接方式，必须与编码器pg的型号相对应。一般而言，编码器PG型号分差动输出、集电极开路输出和推挽输出三种，其信号的传递方式必须考虑到变频器PG卡的接口，因此选择合适的PG卡型号或者设置合理的跳线至关重要。前者的典型代表是安川vs g7变频器，后者的典型代表为艾默生td3000变频器。 以安川vs g7变频器为例，其用于带速度传感器矢量控制方式安装的pg卡类型主要有两种: （1）PG－b2卡，含a/b相脉冲输入，对应补码输出，如图1所示。 图1PG－b2卡与编码器接线图 （2） PG－x2卡，含a/b/z相脉冲输入，对应线驱动，如图2所示。 图2PG－x2卡与编码器接线图 艾默生td3000变频器的PG卡是统一配置的，最高输入频率为120khz，它与不同的编码器PG接线时，只需注意接线方式和跳线cn4。当跳线cn4位于di侧时，可以选择编码器信号由a+、a－、b＋、b－差动输出（如图3所示）或者a＋、b＋推挽输出（如图5所示）;当跳线cn4位于oci侧时，可以选择编码器信号由a－、b－开路集电极输出（如图4所示）。 图3差动输出编码器接线图 图4集电极开路输出编码器（加上虚线为电压型输出编码器）接线图 在变频器的参数组中对于编码器PG都有比较严格的定义，这些定义包括: （1）编码器PG每转脉冲数。此参数可以查看编码器本身的技术指标，单位为p/r。 （2）编码器PG方向选择。如果变频器pg卡与编码器PG接线次序代表的方向，和变频器与电动机连接次序代表的方向匹配，设定值应为正向，否则为反向。必须注意当方向选择错误时，变频器将无法加速到你所需要的频率，并报过流故障或编码器反向故障。更改此参数可方便地调整接线方向的对应关系，而无须重新接线。 图5推挽输出编码器接线图
变频器的V/F控制与矢量控制 U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。 一、矢量控制（VC）方式 矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），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。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。 V/F控制与矢量都是恒转矩控制。U/F相对转矩可能变化大一些。而矢量是根据需要的转矩来调节的，相对不好控制一些。对普通用途。两者一样 1、矢量控制方式—— 矢量控制，最简单的说，就是将交流电机调速通过一系列等效变换，等效成直流电机的调速特性，就这么简单，至于深入了解，那就得深入了解变频器的数学模型，电机学等学科。 矢量控制原理是模仿直流电动机的控制原理，根据异步电动机的动态数学模型，利用一系列坐标变换把定子电流矢量分解为励磁分量和转矩分量，对电机的转矩电流分量和励磁分量分别进行控制。 在转子磁场定向后实现磁场和转矩的解耦，从而达到控制异步电动机转矩的目的，使异步电机得到接近他励直流电机的控制性能。 具体做法是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)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。 2、V/F控制方式—— V/F控制，就是变频器输出频率与输出电压的比值为恒定值或成比例。例如，50HZ时输出电压为380V的话，则25HZ时输出电压为190V。 变频器采用V/F控制方式时，对电机参数依赖不大，V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制
浅谈变频器U／f控制与矢量控制应用 【摘要】交流变频调速系统主要用于控制异步电动机的转速和转矩，具有动态响应好、工作效率高、输出特性好、使用方便等优点。本文主要介绍变频调速系统中常用的两种控制方式：U/f控制和矢量控制，并结合生产实际描述分析这两种控制模式在现场生产中的应用，提高大家对变频调速系统控制模式的认识。 【关键词】变频调速系统；U/f控制；矢量控制 1 变频调速系统U/f控制 1.1 U/f控制的概念 U/f控制即恒压频比控制方式，它是采用SPWM正弦脉宽调制技术控制半导体器件开通和关断，将直流电压转变为一定形状的电压脉冲序列，实现频率和电压的控制，在调节输出频率?的同时，调节输出电压U的大小，通过U和?配合实现不同类型的调频调压来进行调速。解决了只改变频率进行调速：频率上升时，主磁通下降，拖动转矩下降，电动机的拖动能力降低，对于恒转矩负载因拖不动而堵转；频率下降时，主磁通上升，引起主磁通饱和，励磁电流急剧升高，使通过定子绕组的电流大于定子绕组额定电流，电机发热严重。在变频调速中基频以下常采用U/f恒磁通（恒转矩）调速，基频以上调速由于变频器输出电压无法大于额定输入电压因此只能恒功率调速。 1.2 U/f控制特性及应用 U/f控制是变频调速系统应用最普遍的调速模式，它通过调节电机供电电源电压和频率来进行调速因此该调速系统的机械特性可平滑地上下移动，转差率不变，调速时有很高的运行效率，但在基频下U/f（等于常数）调速并不是真正的恒磁通（恒转矩）调速，当电机在低频、低速运行时，由于变频器输出电压成正比地下降，电机满负荷运行时定子绕组电阻上产生的压降在电机输入电压中占的比例增大，反电动势比例减小，用于形成主磁通的电压不足，造成主磁通下降，使拖动转矩不足，带负载能力下降。 应用U/f控制模式时，首先根据变频器所带负载的特性选用合适的U/f曲线，U/f曲线是描述变频器输出电压与频率关系的曲线，一般通用性变频器U/f曲线有：直线形U/f曲线（适用于恒转矩负载如传送带），1.5次形U/f曲线（适用于风机，泵类变转矩性负载）及自定义形U/f曲线；其次根据设备在生产过程中是否需要低速满负荷运行来考虑是否采用适量补偿输出电压即是否设置变频器转矩提升量。正确预置转矩提升量十分重要，预置太小，可能电机磁通不足，电机输出转矩过小而无法带动设备运转，预置太大，又可能在电机轻载时引起电机磁路饱和，变频器因输出过电流而跳闸。在现场预置时，应以电机负荷率作为初步设定依据；最后根据生产设备惯性的大小及对电机启动加减速时间的要求来预置
变频器矢量控制与VF控制区别 一、V/F控制方式 变频器采用V/F控制方式时，对电机参数依赖不大，一般强调“空载电流”的大小。由于我们采用矢量化的V/F控制方式，故做电机参数静止自整定还是有必要的。不同功率段的变频器，自学习后的空载电流占额定电流大小百分比也是不同的。 一般有如下百分比数据：5.5kW~15 kW,空载电流P9.05的值为30%~50%的电机额定电流；3.7 kW及以下的，空载电流P9.05的值为50%左右的电机额定电流；特殊情况时，0.4 kW、0.75 kW、1.5 kW，空载电流P9.05的值为70%~80%的电机额定电流；有的0.75 kW功率段，参数自整定后空载电流为电机额定电流的90%。空载电流很大，励磁也越大。 何为矢量化的V/F控制方式，就是在V/F控制时也将输入电流量进行解耦控制，使控制更加精确。 变频器输出电流包括两个值：空载电流和力矩电流，输出电流I的值为空栽电流Im和力矩电流It平方和后开2次方。故空载电流是影响变频器输出电流的主要因素之一。 V/F控制时输出电压与运行频率之比为一定值：即U/F=K（K为常数），P0.12=最大输出电压U，P0.15=基频F。三菱变频器资讯 上图中有个公式，描述转矩、转速、功率之间的关系。变频器在基频以下运行时，随着速度增快，可以输出恒定的转矩，速度增大不会影响转矩的输出；变频器在基频以上运行时，只能保证输出额定的功率，随着转速增大，变频器不能很好的输出足够大的力；有时候变频器速度更快，高速运行时，处于弱磁区，我们必须设置相应的参数，以便让变频器适应弱磁环境。 速度与出力，高速或者低速时，两者不可兼得，这里有个数据概念：调速范围，指满足额定转矩出力的最低频率与最高频率的比值。以前一般的VF控制方式调试范围为1：20~1：40，我司产品V/F控制调速范围可以达到1：100，能够满足更多范围的行业应用。在开环矢量时可以达到1：200，闭环矢量时达到1：1000，接近伺服的性能。 变频器V/F控制系统运行时，有两种方式进行转矩的提升： 1、自动转矩提升： 必须在P0.16=0且P4.00=0时，自动转矩提升才有效。其作用为：变频器V/F控制低频运行时，提高输出电压，抵消定子压降以产生足够的转矩，保证电机正常运行。自动转矩提升与变频器设置“空载电流”和静止学习的“定子电阻”有关系，变频器必须作电机参数静止自整定，才能更好的控制电机运行。变频器作自动转矩提升控制电机时，见上图所示输出电压和频率的线性关系，运行中因为负载变化对电压输出作适当的增减，由于响应时间的快慢，所以会出现出力不稳定因素。 2、手动转矩提升 设置P0.16为某一数值时，或者设置P4.00为非零时，手动转矩提升才有效。手动转矩提升只与变频器设置“空载电流”有关系，受电机其他参数设置影响较小。如下图所示，为手动转矩提升曲线图。变频器输出作手动转矩提升，其转矩出力在原来基础上成线性增加，所以出力稳定，不受负载变化的影响，出力稳定。但是转矩提升不益太大，转矩提升的幅度应根据负载情况适当设定，提升过多，在启动过程中将产生较大的电流冲击。 自动转矩提升只能满足一拖一的输出情况，当涉及一台变频器拖动多台电机时，V/F控制时必须采用手动转矩提升，即设置P0.16为非0值。 V/F控制时的有关性能参数调试： PA.02为V/F控制转差补偿增益，设置此参数时，可以参考电机额定转速P9.02来设定参数。该功能有助于变频器在负载波动及重载情况下保持电机转速恒定，即补偿由于负载波动而导致的电机转速增减，但是由于补偿本身的响应时间问题，导致系统出现不稳定因素增多，在系统波动较大的情况下，此功能码设置为0有一定效果。
福建工程学院 研究生课程论文 课程名称电机及其系统分析教师姓名 研究生姓名 研究生学号 研究生专业电气工程 研究方向电力工程 年级一年级 所在学院信息学院 日期2016年01 月13日
评语
矢量控制技术的发展以及在应用中的改善 摘要：电机在很多场合得到了广泛的使用，因为它具有的独特优点，例如它为现代运动控制系统提供了一种具有诸多优点和适用广泛的装置。异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。在上世纪70年代西门子工程师F.Blaschke 首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩问题。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理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的目的。 关键词：矢量控制,异步电机,解耦 ABSTRACT:In many occasions, the motor has been widely used because it has unique advantages, such as it provides a lot of advantages and is suitable for a wide range of modern device having the motion control system. Dynamic mathematical model of the induction motor is a high order, nonlinear, strongly coupled multivariable systems. In the 1970s, Siemens engineers F.Blaschke first proposed induction motor vector control theory to solve the problem of the AC motor torque. The basic principle of vector control is achieved by measuring and controlling asynchronous motor stator current vector, based on the principle of field-oriented asynchronous motor excitation current and torque current control, respectively, so as to achieve the purpose of control of induction motor torque. Key Word ： Vector control ，Induction motor ，Decoupling 0、序言 异步电动机的数学模型是一个极其复杂的模型。总的归结起来可以异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统[1]。而且在研究三相异步电动机的复杂的数学模型中，我们常常会做出以下几方面的假设。第一，我们往往会忽略空间谐波。第 二、忽略磁路饱和。并且假设它们的自感和互感都是线性的。第三、忽略铁芯损耗。第四、不考虑频率和温度对绕组的影响。由于感应电动机的励磁和电枢都是同一个绕组，所以转矩和磁链之间就相对比较复杂。电磁转矩的物理表达式为 22?φCOS I C T T e = 可以知道感应电动机各个参量相互耦合，这也是感应电动机难以控制的根本原因[2]。由于矢量控制具有转矩控制的线性特性，控制效率很高，调节器的设计也比较容易实现。而且，速度的调节较宽在接近零转速时仍然可以带动额定负载运行，具有良好的起制动性能，所以矢量控制技术才会被人们慢慢的所利用[3]。异步电机数学模型的电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程如下： 电压方程：
变频器常用的几种控制方 式 Prepared on 22 November 2020
变频器常用的几种控制方式 变频调速技术是现代电力传动技术的重要发展方向，而作为变频调速系统的核心—变频器的性能也越来越成为调速性能优劣的决定因素，除了变频器本身制造工艺的“先天”条件外，对变频器采用什么样的控制方式也是非常重要的。本文从工业实际出发，综述了近年来各种变频器控制方式的特点，并展望了今后的发展方向。 1、变频器简介 变频器的基本结构 变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU 以及一些相应的电路。 变频器的分类 变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM 控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。 2、变频器中常用的控制方式 非智能控制方式 在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。
(1) V/f控制 V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。 V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。 (2) 转差频率控制 转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。 (3) 矢量控制 矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。 基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致，但是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差
矢量控制方式—— 矢量控制，最简单的说，就是将交流电机调速通过一系列等效变换，等效成直流电机的调速特性，就这么简单，至于深入了解，那就得深入了解变频器的数学模型，电机学等学科。矢量控制原理是模仿直流电动机的控制原理，根据异步电动机的动态数学模型，利用一系列坐标变换把定子电流矢量分解为励磁分量和转矩分量，对电机的转矩电流分量和励磁分量分别进行控制。 在转子磁场定向后实现磁场和转矩的解耦，从而达到控制异步电动机转矩的目的，使异步电机得到接近他励直流电机的控制性能。 具体做法是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)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。 电机伺服控制方式 一般伺服包含三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的，位置控制是通过发脉冲来控制的。 （1）如果对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。 （2）如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。 就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。 对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢（比如PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用伺服电机。 换一种说法是： 1、转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm；如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不转，大于2.5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。 应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。 2、位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。 应用领域如数控机床、印刷机械等等。 3、速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时，速度模式也可以进行定位，但必须将电机的位置信号或直接负载的位置信号作为上位机的反馈信号，以进行运算控制。位置模式也支持直接负载外环检
1.矢量控制的给定 现在大部分的新型通用变频器都有了矢量控制功能，如何选择使用这种功能，多用下面两种方法： 1）在矢量控制功能中，选择“用”或“不用”。 2）在选择矢量控制后，还需要输入电动机的容量、极数、额定电流、额定电压、额定功率等。 由于矢量控制是以电动机的基本运行数据为依据，因此电动机的运行数据就显得很重要，如果使用的电动机符合变频器的要求，且变频器容量和电动机容量相吻合，变频器就会自动搜寻电动机的参数，否则就需重新测定。很多类型的变频器为了方便测量电动机的参数都设计安排了电动机参数自动测定功能。通过该功能可准确测定电动机的参数，且提供给变频器的记忆单元，以便在矢量控制中使用。 2．矢量控制的要求 若选择矢量控制模式，对变频器和电动机有如下要求： 1）一台变频器只能带一台电动机。 2）电动机的极数要按说明书的要求，一般以4极电动机为最佳。 3）电动机容量与变频器的容量相当，最多差一个等级。例如，根据变频器的容量应选配11kW的电动机，使用矢量控制时，电动机的容量可是11kW或7.5kW，再小就不行了。 4）变频器与电动机间的连接线不能过长，一般应在30m以内。如果超过30m，需要在连接好电缆后，进行离线自动调整，以重新测定电动机的相关参数。 3．使用矢量控制的注意事项 在使用矢量控制时，一些需要注意的问题如下： 1）使用矢量控制时，可以选择是否需要速度反馈。对于无反馈的矢量控制，尽管存在对电动机的转速估算精度稍差，其动态响应较慢的弱点，但其静态特性已很完美，如果对拖动系统的动态特性无特殊要求，一般可以不选用速度反馈。 2）频率显示以给定频率为好。矢量控制在改善电动机机械特性时，最终是
矢量变频器的原理 矢量控制技术通过坐标变换，将三相系统等效变换为M－T两相系统，将交流电机定子电流矢量分解成两个直流分量（即磁通分量和转矩分量），从而达到分别控制交流电动机的磁通和转矩的目的，因而可获得与直流调速系统同样好的控制效果。 矢量变频器技术是基于DQ轴理论而产生的，它的基本思路是把电机的电流分解为D轴电流和Q轴电流，其中D 轴电流是励磁电流，Q轴电流是力矩电流，这样就可以把交流电机的励磁电流和力矩电流分开控制，使得交流电机具有和直流电机相似的控制特性，是为交流电机设计的一种理想的控制理论，大大提高了交流电机的控制特性。不过目前这种控制理论已经不仅仅应用在交流异步电动机上了，直流变频电动机（BLDC，也就是永磁同步电动机）也大量使用该控制理论。 矢量变频器的功能 矢量与向量是数学上矢量（向量）分析的一种方法或概念，两者是同一概念，只是叫法不同，简单的定义是指既具有大小又具有方向的量。 矢量是我们（大陆）的说法，向量的说法一般是港台地区的文献是用的。意义和“布什”和“布希”的意思大致一样。矢量控制主要是一种电机模型解耦的概念。 在电气领域主要用于分析交流电量，如电机分析，等，在变频器中的应用即基于电机分析的理论进行变频控制的，称为矢量控制型变频器，实现的方法不是唯一的，但数学模型基本一致。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解台达变频器、三菱变频器、西门子变频器、安川变频器、艾默生变频器的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/0c1324114.html,/
矢量控制(FOC）基本原理 2０14、05、１5 一、基本概念 １、１模型等效原则 交流电机三相对称得静止绕组 A 、Ｂ、C ,通以三相平衡得正弦电流时，所产生得合成磁动势就是旋转磁动势Ｆ，它在空间呈正弦分布,以同步转速ω1(即电流得角频率）顺着Ａ－B-C 得相序旋转。这样得物理模型如图1－1a所示。然而,旋转磁动势并不一定非要三相不可,单相除外,二相、三相、四相……等任意对称得多相绕组，通以平衡得多相电流,都能产生旋转磁动势,当然以两相最为简单。 图１ 图1-１b中绘出了两相静止绕组α与β，它们在空间互差90°,通以时间上互差９０°得两相平衡交流电流,也产生旋转磁动势F 。再瞧图1－1ｃ中得两个互相垂直得绕组M 与 T，通以直流电流与,产生合成磁动势 F ，如果让包含两个绕组在内得整个铁心以同步转速旋转,则磁动势 F 自然也随之旋转起来,成为旋转磁动势。把这个旋转磁动势得大小与转速也控制成与图 1-1ａ一样,那么这三套绕组就等效了。
三相－-两相变换(3S/2Ｓ变换） 在三相静止绕组A、B、C 与两相静止绕组α、β之间得变换，简称３S/2S 变换。其电流关系为 两相—两相旋转变换（2Ｓ/2Ｒ变换) 同步旋转坐标系中(Ｍ、T坐标系中）轴向电流分量与α、β坐标系中轴向电流分量得转换关系为 １、2矢量控制简介 矢量控制就是指“定子三相电流矢量控制”。 矢量控制理论最早为解决三相异步电机得调速问题而提出。交流矢量得直流标量化可以使三相异步电机获得与直流电机一样优越得调速性能。将交流矢量变换为两相直流标量得过程见图２。
图2 图2得上图为静止坐标系下得定子三相交流矢量 图2得中图为静止坐标系下得等效两相交流矢量 图2得下图为旋转坐标系下得等效两相直流标量,就是转矩电流,就是励磁电流。 经图2得变换后,定子三相交流矢量变为了旋转得两相直流标量。进而可以把异步电机瞧作直流电机,分别控制励磁电流与转矩电流。 变换公式即式(１)与式(2）。 1、3关于坐标系 图２得上图得坐标系就是静止得三相互差120°得坐标系，这就是一个非正交坐标系。 图２得中图得坐标系就是静止得两相互差９0°得坐标系，这就是一个正交坐标系。 图2得下图得坐标系就是旋转得两相互差9０°得坐标系,这就是一个正交坐标系。此坐标系跟随转子旋转。 1、4 为什么要进行坐标变换?
磁场定向矢量控制技术按照获得磁链的不同方式大致可分为两种:直接和间接方式。直接方式的实现依赖于直接测量或对转子，定子，气隙磁链矢量的幅值和位置的估算。传统的直接矢量控制策略使用检测线圈，具有抽头的定子绕组或霍尔效应传感器对磁通进行检测，但由于电机结构或散热的需要就会产生一定的限制，但随着目前高速DSP的不断面世，在一个PWM周期内，实现负载的控制及磁链估算应成为可能，所以近年来基于磁链观测器的直接方式由重新得到了人们的重视。而间接方式则使用电动机模型，例如对于转子磁通定向控制，它利用了固有的转差关系。与直接的方法相比，间接方式对电机参数有较高的依赖性。多数场合使用间接策略，因为这会使硬件电路相对简单并且在低频下也具有较好的总体性能，但是由于包含了会随着温度，饱和度和频率变化而变化的电机参数，所以需要研究不同的参数自适应策略。 如果从选择的磁链矢量分类的话，磁场定向矢量控制技术一般可分为三种，即气隙磁场定向控制，定子磁场定向控制，转子磁场定向控制。 1. 气隙磁场定向控制方案。气隙磁场的定向控制是将旋转坐标系的M轴定向于气隙磁场的方向，此时气隙磁场的T轴分量为零。如果保持气隙磁通M轴分量恒定，转矩直接和T轴电流成正比。因此，通过控制T轴电流，可以实现转矩的瞬时控制，从而达到控制电机的目的。 2. 定子磁场定向控制方案。定子磁场定向的控制方法，是将旋转坐标的M 轴放在定子磁场方向上，此时，定子磁通的T轴分量为零。如果保持定子磁通恒定，转矩直接和T轴电流成正比，从而控制电机。定子磁场定向控制使定子方程大大简化，从而有利于定子磁通观测器的实现。然而此方案在进行磁通控制时，不论采用直接磁通闭环控制，还是采用间接磁通闭环控制，均须消除耦合项的影响。因此，需要设计一个解耦器，对电流进行解耦。 3. 转子磁场定向控制方案。转子磁场定向的控制方法是在磁场定向矢量控制方法中，将M,T坐标系放在同步旋转磁场上，将电机转子磁通作为旋转坐标系的M坐标轴。若忽略由反电动势引起的交叉祸合，只需检测出定子电流的M轴分量，就可以观测转子磁通幅值。当转子磁通恒定时，电磁转矩与定子电流的T 轴分量成正比，通过控制定子电流的T轴分量就可以控制电磁转矩。因此称定子电流的M轴分量为励磁分量，定子电流的T轴分量为转矩分量。可由电压方程M 轴分量控制转子磁通，T轴分量控制转矩，从而实现磁通和转矩的解耦控制。 下面对它们进行简要的总结和比较： 气隙磁场定向系统中磁通关系和转差关系中存在耦合，需要增加解耦器这使得它比转子磁通的控制方式要复杂，但具有一些状态能直接测量的优点，比如气隙磁通。同时电机磁通的饱和程度与气隙磁通一致，故基于气隙磁通的控制方式更适合于处理饱和效应。 定子磁场定向的矢量控制方案，在一般的调速范围内可利用定子方程作磁通观测器，非常易于实现，且不包括对温度变化敏感的转子参数，可达到相当好的动静态性能，同时控制系统结构也相对简单，然而在低速时，由定子电阻压降占