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轉矩控制、矢量控制和VF控制解析

發布日期:2017-10-19 13:52:21 點擊次數:

變轉矩就是負載轉矩隨電機轉速增大而增大,是非線性變化的,如風機水泵。

恒轉矩就是負載轉矩不隨電機轉速增大而增大,一般是相對于恒功率控制而言。如皮帶運輸機提升機等機械負載 。

VF控制就是變頻器輸出頻率與輸出電壓比值為恒定值或正比。例如:50Hz時輸出電壓為380V,25Hz時輸出電壓為190V即恒磁通控制;轉矩不可控,系統只是一個以轉速物理量做閉環的單閉環控制系統,他只能控制電機的轉速。

根據電機原理可知,三相異步電機定子每相電動勢的有效值:

E1 = 4.44f1N1Φm

式中:

E1 -- 定子每相由氣隙磁通感應的電動勢的有效值,V;

f1 -- 定子頻率,Hz;

N1 -- 定子每相繞組有效匝數;

Φm -- 每極磁通量

由式中可以看出,Φm的值由E1/f1決定,但由于E1難以直接控制,所以在電動勢較高時,可忽略定子漏阻抗壓降,而用定子相電壓U1代替。那么要保證 Φm不變,只要U1/f1始終為一定值即可。這是基頻以下調時速的基本情況,為恒壓頻比(恒磁通)控制方式,屬于恒轉矩調速。

基準頻率為恒轉矩調速區的最高頻率,基準頻率所對應的電壓為即為基準電壓,是恒轉矩調速區的最高電壓,在基頻以下調速時,電壓會隨頻率而變化,但兩者的比值不變。 在基頻以上調速時,頻率從基頻向上可以調至上限頻率值,但是由于電機定子不能超過電機額定電壓,因此電壓不再隨頻率變化,而保持基準電壓值不變,這時電機主磁通必須隨頻率升高而減弱,轉矩相應減小,功率基本保持不變,屬于恒功率調速區。 

矢量控制,把輸出電流分勵磁和轉矩電流并分別控制,轉矩可控,系統是一個以轉矩做內環,轉速做外環的雙閉環控制系統。它既可以控制電機的轉速,也可以控制電機的扭矩。 矢量控制時的速度控制(ASR)通過操作轉矩指令,使得速度指令和速度檢出值(PG 的反饋或速度推定值)的偏差值為0。

帶PG 的V/f 控制時的速度控制通過操作輸出頻率,使得速度指令和速度檢出值(PG 的反饋或速度推定值)的偏差值為0。

矢量控制原理是模仿直流電動機的控制原理,根據異步電動機的動態數學模型,利用一系列坐標變換把定子電流矢量分解為勵磁分量和轉矩分量,對電機的轉矩電流分量和勵磁分量分別進行控制,在轉子磁場定向后實現磁場和轉矩的解耦,從而達到控制異步電動機轉矩的目的,使異步電機得到接近他勵直流電機的控制性能。

具體做法是將異步電動機的定子電流矢量分解為產生磁場的電流分量(勵磁電流)和產生轉矩的電流分量(轉矩電流)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。

矢量控制分有速度傳感器矢量控制和無速度傳感器矢量控制兩種,前者精度高后者精度低。

矢量控制系統的無速度傳感器運行方式,首先必須解決電機轉速和轉子磁鏈位置角的在線辨識問題。常用的方法有基于檢測定子電流信號的辨識方法,有同時使用電流檢測信號和電壓檢測信號的辨識方法,還有根據電流檢測信號和逆變器的開關控制信號重構電壓信號的方法。


應用方案

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