矢量控制原理--應(yīng)用

采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動(dòng)機(jī)相匹配，而且可以控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。由于矢量控制方式所依據(jù)的是準(zhǔn)確的被控異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，有的通用變頻器在使用時(shí)需要準(zhǔn)確地輸入異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，有的通用變頻器需要使用速度傳感器和編碼器。鑒于電機(jī)參數(shù)有可能發(fā)生變化，會(huì)影響變頻器對(duì)電機(jī)的控制性能，并根據(jù)辨識(shí)結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)，從而對(duì)普通的異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效的矢量控制。

異步電動(dòng)機(jī)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)，使異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速可獲得和直流電動(dòng)機(jī)相媲美的高精度和快速響應(yīng)性能。異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)又比直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固，且轉(zhuǎn)子無(wú)碳刷滑環(huán)等電氣接觸點(diǎn)，故應(yīng)用前景十分廣闊?，F(xiàn)將其優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用范圍綜述如下：

1、矢量控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

動(dòng)態(tài)的“速響應(yīng)直流電動(dòng)機(jī)受整流的限制，過(guò)高的di/dt是不容許的。異步電動(dòng)機(jī)只受逆變器容量的限制，強(qiáng)迫電流的倍數(shù)可取得很高，故速度響應(yīng)快，一般可達(dá)到毫秒級(jí)，在快速性方面已超過(guò)直流電動(dòng)機(jī)。

低頻轉(zhuǎn)矩增大一般通用變頻器（VVVF控制）在低頻時(shí)轉(zhuǎn)矩常低于額定轉(zhuǎn)矩，在5Hz以下不能帶滿負(fù)載工作。而矢魷控制變頻器由于能保持磁通恒定，轉(zhuǎn)矩與it呈線性關(guān)系，故在極低頻時(shí)也能使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩高于額定轉(zhuǎn)矩。

控制的靈活性直流電動(dòng)機(jī)常根據(jù)不同的負(fù)載對(duì)象，選用他勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)等形式。它們各有不同的控制特點(diǎn)和機(jī)械特性。而在異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，可使同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)輸出不同的特性。在系統(tǒng)內(nèi)用不同的函數(shù)發(fā)生器作為磁通調(diào)節(jié)器，即可獲得他勵(lì)或串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。

使用矢量控制，可以使電機(jī)在低速，如（無(wú)速度傳感器時(shí)）1Hz（對(duì)4極電機(jī)，其轉(zhuǎn)速大約為30r/min）時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到電機(jī)在50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩（最大約為額定轉(zhuǎn)矩的150％）。

對(duì)于常規(guī)的V/F控制，電機(jī)的電壓降隨著電機(jī)速度的降低而相對(duì)增加，這就導(dǎo)致由于勵(lì)磁不足，而使電機(jī)不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力。為了補(bǔ)償這個(gè)不足，變頻器中需要通過(guò)提高電壓，來(lái)補(bǔ)償電機(jī)速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個(gè)功能叫做“轉(zhuǎn)矩提升”。

轉(zhuǎn)矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對(duì)應(yīng)的提高。因?yàn)殡姍C(jī)電流包含電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量（如勵(lì)磁分量）。

矢量控制把電機(jī)的電流值進(jìn)行分配，從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機(jī)電流分量和其它電流分量（如勵(lì)磁分量）的數(shù)值。

矢量控制可以通過(guò)對(duì)電機(jī)端的電壓降的響應(yīng)，進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，在不增加電流的情況下，允許電機(jī)產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩。此功能對(duì)改善電機(jī)低速時(shí)溫升也有效。

2、矢量控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍

要求高速響應(yīng)的工作機(jī)械：如工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在速度響應(yīng)上至少需要100rad/s，矢量控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能達(dá)到的速度響應(yīng)最高值可達(dá)1000rad/s，保證機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)快速、精確地工作。

適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境：如造紙機(jī)、印染機(jī)均要求在高濕、高溫并有腐蝕性氣體的環(huán)境中工作，異步電動(dòng)機(jī)比直流電動(dòng)機(jī)更為適應(yīng)。

3、高精度的電力拖動(dòng)：如鋼板和線材卷取機(jī)屬于恒張力控制，對(duì)電力拖動(dòng)的動(dòng)、靜態(tài)精確度有很高的要求，能做到高速（弱磁）、低速（點(diǎn)動(dòng)）、停車時(shí)強(qiáng)迫制動(dòng)。異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用矢量控制后，靜差度《0.02%，有可能完全能代替V-M直流調(diào)速系統(tǒng)。

4、四象限運(yùn)轉(zhuǎn)：如高速電梯的拖動(dòng)，過(guò)去均用直流拖動(dòng)，現(xiàn)在也逐步用異步電動(dòng)機(jī)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)代替。