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轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制和VF控制解析

發(fā)布日期:2017-10-19 13:52:21 點擊次數(shù):

變轉(zhuǎn)矩就是負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨電機(jī)轉(zhuǎn)速增大而增大,是非線性變化的,如風(fēng)機(jī)水泵。

恒轉(zhuǎn)矩就是負(fù)載轉(zhuǎn)矩不隨電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)提升機(jī)等機(jī)械負(fù)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(zhuǎn)矩不可控,系統(tǒng)只是一個以轉(zhuǎn)速物理量做閉環(huán)的單閉環(huán)控制系統(tǒng),他只能控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

根據(jù)電機(jī)原理可知,三相異步電機(jī)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(yīng)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(shù);

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(diào)時速的基本情況,為恒壓頻比(恒磁通)控制方式,屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

基準(zhǔn)頻率為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)的最高頻率,基準(zhǔn)頻率所對應(yīng)的電壓為即為基準(zhǔn)電壓,是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)的最高電壓,在基頻以下調(diào)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(diào)速時,頻率從基頻向上可以調(diào)至上限頻率值,但是由于電機(jī)定子不能超過電機(jī)額定電壓,因此電壓不再隨頻率變化,而保持基準(zhǔn)電壓值不變,這時電機(jī)主磁通必須隨頻率升高而減弱,轉(zhuǎn)矩相應(yīng)減小,功率基本保持不變,屬于恒功率調(diào)速區(qū)。 

矢量控制,把輸出電流分勵磁和轉(zhuǎn)矩電流并分別控制,轉(zhuǎn)矩可控,系統(tǒng)是一個以轉(zhuǎn)矩做內(nèi)環(huán),轉(zhuǎn)速做外環(huán)的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。它既可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,也可以控制電機(jī)的扭矩。 矢量控制時的速度控制(ASR)通過操作轉(zhuǎn)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(jī)的控制原理,根據(jù)異步電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型,利用一系列坐標(biāo)變換把定子電流矢量分解為勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量,對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流分量和勵磁分量分別進(jìn)行控制,在轉(zhuǎn)子磁場定向后實現(xiàn)磁場和轉(zhuǎn)矩的解耦,從而達(dá)到控制異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的,使異步電機(jī)得到接近他勵直流電機(jī)的控制性能。

具體做法是將異步電動機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量(勵磁電流)和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(轉(zhuǎn)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(tǒng)的無速度傳感器運行方式,首先必須解決電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)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(jù)電流檢測信號和逆變器的開關(guān)控制信號重構(gòu)電壓信號的方法。


應(yīng)用方案