蹦沙卡拉卡 歌:转矩控制、矢量控制和VF控制解析

转矩控制、矢量控制和VF控制解析

1.变转矩就是负载转矩随电机转速增大而增大，是非线性变化的，如风机水泵
恒转矩就是负载转矩不随电机转速增大而增大，一般是相对于恒功率控制而言。如皮带运输机提升机等机械负载
2.VF控制就是变频器输出频率与输出电压比值为恒定值或正比。例如：50HZ时输出电压为380V,25HZ时输出电压为190V即恒磁通控制；转矩不可控，系统只是一个以转速物理量做闭环的单闭环控制系统，他只能控制电机的转速

根据电机原理可知，三相异步电机定子每相电动势的有效值 ： E1=4.44f1N1Φm 式中：E1--定子每相由气隙磁通感应的电动势的有效值，V ；f1--定子频率，Hz；N1——定子每相绕组有效匝数 ；Φm-每极磁通量由式中可以看出，Φm的值由E1/f1决定，但由于E1难以直接控制，所以在电动势较高时，可忽略定子漏阻抗压降，而用定子相电压U1代替。那么要保证 Φm不变，只要U1/f1始终为一定值即可。这是基频以下调时速的基本情况，为恒压频比（恒磁通）控制方式，属于恒转矩调速。

    基准频率为恒转矩调速区的最高频率，基准频率所对应的电压为即为基准电压，是恒转矩调速区的最高电压，在基频以下调速时，电压会随频率而变化，但两者的比值不变。 在基频以上调速时，频率从基频向上可以调至上限频率值，但是由于电机定子不能超过电机额定电压，因此电压不再随频率变化，而保持基准电压值不变，这时电机主磁通必须随频率升高而减弱，转矩相应减小，功率基本保持不变，属于恒功率调速区。
3.矢量控制，把输出电流分励磁和转矩电流并分别控制，转矩可控，系统是一个以转矩做内环，转速做外环的双闭环控制系统。它既可以控制电机的转速，也可以控制电机的扭矩。
矢量控制时的速度控制（ASR）通过操作转矩指令，使得速度指令和速度检出值（PG 的反馈或速度推定值）的偏差值为0。
带PG 的V/f 控制时的速度控制通过操作输出频率，使得速度指令和速度检出值（PG 的反馈或速度推定值）的偏差值为0。

  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。 
    矢量控制分有速度传感器矢量控制和无速度传感器矢量控制两种,前者精度高后者精度低。矢量控制系统的无速度传感器运行方式，首先必须解决电机转速和转子磁链位置角的在线辨识问题。常用的方法有基于检测定子电流信号的辨识方法，有同时使用电流检测信号和电压检测信号的辨识方法，还有根据电流检测信号和逆变器的开关控制信号重构电压信号的方法。 

基于蓝海华腾变频器V6-H说明书作以上说明

1.   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。 

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。 
PA.04、PA.05为电流限定功能，由于瞬时负载过大而导致系统没法正常运行，可以适当增大PA.05限定值。 
V/F控制涉及到以上注意要点和关键功能码。