轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制和VF控制解析(免費)

1、轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制和 VF 控制解析1. 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2. 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=4.44f1N1m 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

2、頻率，Hz ； N1 定子每相繞組有效匝數(shù) ；m- 每極磁通量由式中可以看出， m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 m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?；鶞?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，

3、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)。3. 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)

4、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

5、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?；谒{(lán)海華騰變頻器 V6-H 說明書作以上說明1. V/F 控制方式變頻器采用 V/F 控制方式時，對電機(jī)參數(shù)依賴不大，一般強(qiáng)調(diào) “空載電流 ”的大小。由于我們采用矢 量化的 V/F 控制方式，故做電機(jī)參數(shù)靜止自整定還是有必要的。不同功率段的變頻器，自學(xué)習(xí)后 的空載電流占額定電流大小百分比也是不同的。一般有如下百分比數(shù)據(jù)： 5.5kW15 kW, 空載電流 P9.05 的值為 30%50% 的電機(jī)額定電流； 3.7 kW

6、 及以下的，空載電流 P9.05 的值為 50%左右的電機(jī)額定電流；特殊情況時， 0.4 kW 、0.75 kW 、 1.5 kW ，空載電流 P9.05 的值為 70%80% 的電機(jī)額定電流；有的 0.75 kW 功率段，參數(shù)自整定 后空載電流為電機(jī)額定電流的 90% ?？蛰d電流很大，勵磁也越大。何為矢量化的 V/F 控制方式， 就是在 V/F 控制時也將輸入電流量進(jìn)行解耦控制， 使控制更加精確。 變頻器輸出電流包括兩個值：空載電流和力矩電流，輸出電流 I 的值為空栽電流 Im 和力矩電流 It 平方和后開 2 次方。故空載電流是影響變頻器輸出電流的主要因素之一。V/F 控制時輸出電壓與運行

7、頻率之比為一定值：即U/F=K （K 為常數(shù)）， P0.12= 最大輸出電壓 U，P0.15= 基頻 F。上圖中有個公式，描述轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率之間的關(guān)系。變頻器在基頻以下運行時，隨著速度增快，可 以輸出恒定的轉(zhuǎn)矩，速度增大不會影響轉(zhuǎn)矩的輸出；變頻器在基頻以上運行時，只能保證輸出額定的 功率，隨著轉(zhuǎn)速增大，變頻器不能很好的輸出足夠大的力；有時候變頻器速度更快，高速運行時，處 于弱磁區(qū)，我們必須設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，以便讓變頻器適應(yīng)弱磁環(huán)境。速度與出力，高速或者低速時，兩者不可兼得，這里有個數(shù)據(jù)概念：調(diào)速范圍，指滿足額定轉(zhuǎn)矩出力 的最低頻率與最高頻率的比值。以前一般的 VF 控制方式調(diào)試范圍為 1：20

8、1 ： 40，我司產(chǎn)品 V/F 控 制調(diào)速范圍可以達(dá)到 1：100 ，能夠滿足更多范圍的行業(yè)應(yīng)用。在開環(huán)矢量時可以達(dá)到1：200 ，閉環(huán)矢量時達(dá)到 1 ：1000 ，接近伺服的性能。變頻器 V/F 控制系統(tǒng)運行時，有兩種方式進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的提升：1）、自動轉(zhuǎn)矩提升：必須在 P0.16=0 且 P4.00=0 時，自動轉(zhuǎn)矩提升才有效。其作用為：變頻器 V/F 控制低頻運行時，提高 輸出電壓，抵消定子壓降以產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)矩，保證電機(jī)正常運行。自動轉(zhuǎn)矩提升與變頻器設(shè)置 “空載電 流”和靜止學(xué)習(xí)的 “定子電阻 ”有關(guān)系，變頻器必須作電機(jī)參數(shù)靜止自整定，才能更好的控制電機(jī)運行。 變頻器作自動轉(zhuǎn)矩提升控制電機(jī)時，

9、見上圖所示輸出電壓和頻率的線性關(guān)系，運行中因為負(fù)載變化對 電壓輸出作適當(dāng)?shù)脑鰷p，由于響應(yīng)時間的快慢，所以會出現(xiàn)出力不穩(wěn)定因素。2）、手動轉(zhuǎn)矩提升設(shè)置 P0.16 為某一數(shù)值時，或者設(shè)置 P4.00 為非零時，手動轉(zhuǎn)矩提升才有效。手動轉(zhuǎn)矩提升只與變頻 器設(shè)置“空載電流 ”有關(guān)系，受電機(jī)其他參數(shù)設(shè)置影響較小。如下圖所示，為手動轉(zhuǎn)矩提升曲線圖。變頻 器輸出作手動轉(zhuǎn)矩提升，其轉(zhuǎn)矩出力在原來基礎(chǔ)上成線性增加，所以出力穩(wěn)定，不受負(fù)載變化的影響， 出力穩(wěn)定。但是轉(zhuǎn)矩提升不益太大，轉(zhuǎn)矩提升的幅度應(yīng)根據(jù)負(fù)載情況適當(dāng)設(shè)定，提升過多，在啟動過 程中將產(chǎn)生較大的電流沖擊。自動轉(zhuǎn)矩提升只能滿足一拖一的輸出情況，當(dāng)涉及一

10、臺變頻器拖動多臺電機(jī)時， V/F 控制時必須采 用手動轉(zhuǎn)矩提升，即設(shè)置 P0.16 為非 0 值。V/F 控制時的有關(guān)性能參數(shù)調(diào)試：PA.02 為 V/F 控制轉(zhuǎn)差補償增益，設(shè)置此參數(shù)時，可以參考電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 P9.02 來設(shè)定參數(shù)。該功 能有助于變頻器在負(fù)載波動及重載情況下保持電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定， 即補償由于負(fù)載波動而導(dǎo)致的電機(jī)轉(zhuǎn) 速增減，但是由于補償本身的響應(yīng)時間問題，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定因素增多，在系統(tǒng)波動較大的情 況下，此功能碼設(shè)置為 0 有一定效果。PA.05PA.04 、PA.05 為電流限定功能， 由于瞬時負(fù)載過大而導(dǎo)致系統(tǒng)沒法正常運行， 可以適當(dāng)增大 限定值。V/F 控制涉及到以上注意

11、要點和關(guān)鍵功能碼。2.矢量控制方式 變頻器作矢量控制時，對電機(jī)參數(shù)的依賴很大，所以必須對電機(jī)作旋轉(zhuǎn)自整定，參數(shù)自整定前，必 須設(shè)置正確的電機(jī)機(jī)型參數(shù)，完全脫開電機(jī)負(fù)載。Pd.01 、 Pd.02 、 Pd.03 、Pd.04 、Pd.05 、Pd.15 、 Pd.16 參數(shù)說明： 下圖所示為速度環(huán)比例增益與積分時間、電流環(huán)比例系數(shù)與積分系數(shù)調(diào)節(jié)。Pd.01 Pd.05 為速度環(huán)比例增益與積分時間調(diào)節(jié)參數(shù)，設(shè)置 Pd.05=5HZ ，當(dāng)電機(jī)運行頻率大于 5HZ 的時候， Pd.01 、 Pd.02 調(diào)節(jié)參數(shù)起作用；當(dāng)電機(jī)運行頻率小于 5HZ 的時候， Pd.03 、Pd.04 調(diào)節(jié)參數(shù)起作用。運

12、行 參數(shù)輸出T與比例增益P成正比，與積分時間I成反比，所以Pd.01Pd.04四組參數(shù)，P設(shè)置越 大， I 設(shè)置越小，那么 T 就越大，變頻器控制電機(jī)動態(tài)響應(yīng)就越快，此時速度環(huán)輸入頻率與反饋頻 率一旦有頻率差，系統(tǒng)就響應(yīng)迅速。但是響應(yīng)太快了會導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)震蕩非常厲害。舉例：某現(xiàn)場，Pd.01和Pd.03為出廠值2或3,此兩參數(shù)設(shè)置在5HZ上下時的比例增益 P。開始 調(diào)試， 進(jìn)行參數(shù)自學(xué)習(xí)， 作矢量控制， 設(shè)置 P0.03=4 ，點運行， 此時電機(jī)震動非常厲害，電流很大， 運行根本不正常。 后來設(shè)置 Pd.01=1 和 Pd.03=1 ，然后再運行電機(jī)， 運行很穩(wěn)定， 無任何異常情況。 這里我們

13、讓動態(tài)響應(yīng)變慢了，那么系統(tǒng)響應(yīng)慢些了，頻率及電流輸出就穩(wěn)定些了。但是調(diào)試基本原 則是， “在系統(tǒng)無震蕩的前提下 ”，響應(yīng)越快越好，也就是 Pd.01 和 Pd.03 越大， Pd.02 和 Pd.04 越 小，響應(yīng)就越快，越好。因為實時跟蹤反饋的速度，然后作出頻率及電流、轉(zhuǎn)矩輸出調(diào)整，這是開 環(huán)矢量型變頻器控制出力穩(wěn)定性的基本要求。一般小功率的變頻器帶電機(jī)場合，需要適當(dāng)減小Pd.01和Pd.03，增大Pd.02和Pd.04，這樣更能適應(yīng)現(xiàn)場的調(diào)試工作，當(dāng)然是根據(jù)具體情況來調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，不能一概而論。Pd.15 和 Pd.16 為電流環(huán)比例系數(shù)和積分系數(shù)。下圖所示電流環(huán)調(diào)節(jié)過程。在電流環(huán)調(diào)整時，比例

14、 系數(shù)P、積分系數(shù)I越大，對系統(tǒng)作用越強(qiáng)。一般此兩參數(shù)不作更改。舉例：1 ）、某現(xiàn)場測試，變頻器帶一臺電機(jī)空載，作旋轉(zhuǎn)自學(xué)習(xí)以后，矢量控制，點運行。電機(jī)平穩(wěn)運 行著，只是電機(jī)內(nèi)部會發(fā)出嗡嗡的聲音，感覺電機(jī)軸在內(nèi)部遇到什么阻礙，象棉花塞著了一樣，我 們觀察電機(jī)輸出空載電流，比通常情況電流輸出要高一些，系統(tǒng)不會有大的抖動和震動，就只出現(xiàn) 上面文字說明的情況，也不嚴(yán)重，但是就是與正常情況有點區(qū)別。后來我們更改Pd.15 和 Pd.16參數(shù)由 1000 變成 400，然后再運行電機(jī)，此時有明顯效果，電流偏小了，與正常運行電流一致了， 也沒有嗡嗡的聲響了。此時我們調(diào)節(jié)參數(shù)把電流環(huán)作用減弱了，響應(yīng)不是那么

15、快了，然后能滿足此 電機(jī)的正常運行。2）、當(dāng)現(xiàn)場控制需要高速運行，超過基頻 50HZ （舉例），那么電機(jī)進(jìn)入弱磁場區(qū)域，存在系統(tǒng)震 蕩，那么此時可以把 Pd.16 由 1000 減小為 0，讓電流環(huán)積分增益 I 作用為 0，此時，弱磁區(qū)高速運 行就不存在問題了，系統(tǒng)運行穩(wěn)定無震蕩。Pd.08 、 Pd.09 參數(shù)說明： 此兩個參數(shù)分別對驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和制動轉(zhuǎn)矩進(jìn)行限定， 值越大， 那么變頻器啟動瞬間輸出的瞬間轉(zhuǎn)矩力就越大， VF 控制和矢量控制時加減速響應(yīng)時間越快。Pd.14 參數(shù)說明： 此功能設(shè)置欲激磁時間，欲激磁是在電機(jī)啟動前事先建立起磁通，以達(dá)到電機(jī)啟動時快速響應(yīng)的目的。當(dāng) 有運行指令時，先按

16、本功能碼設(shè)定的時間進(jìn)入欲激磁狀態(tài)，磁通建立起來后，再進(jìn)入正常的加速運行。 在不影響加速的情況下，此參數(shù)設(shè)置的越長，那么電機(jī)起動出力越好。我們出廠值設(shè)置為0.3S ，有些電機(jī)可以設(shè)置為 0，不需要預(yù)激磁。在實際調(diào)試過程中，適當(dāng)增加點預(yù)激磁時間，對控制電機(jī)有一定的效果。Pd.17 、 Pd.18此兩個參數(shù)分別設(shè)置電機(jī)在電動、發(fā)電時的轉(zhuǎn)差補償。調(diào)試此兩個參數(shù)時，需要與P9.02、 P0.15 作配合調(diào)試。Pd.17在矢量開環(huán)、矢量閉環(huán)、電動狀態(tài)時有效，比如機(jī)床加速可調(diào)試此參數(shù)。Pd.18在矢量開環(huán)、矢量閉環(huán)、發(fā)電（制動）時有效，比如機(jī)床減速可調(diào)試此參數(shù)。Pd.21、Pd.22、Pd.23、Pd.24此四組參數(shù)在閉環(huán)矢量控制時設(shè)置相關(guān)的參數(shù)。Pd.25、Pd.26、Pd.27在閉環(huán)矢量控制時實現(xiàn)零伺服功能。Pd.33該參數(shù)對恒功率區(qū)的轉(zhuǎn)矩限定進(jìn)行補償。改變該參數(shù)可以優(yōu)化變頻器運行在恒功率區(qū)的加減速時間和輸岀 轉(zhuǎn)矩。舉例：在機(jī)床開環(huán)矢量調(diào)試時，機(jī)床要求速度到3000到4000轉(zhuǎn)每分鐘，但是調(diào)試時速度只能達(dá)到3000轉(zhuǎn)，然后速度就上不去了，并且速度會緩緩降下來。我們把 Pd.33由40減為0后，速度很容易就上去了， 無任何問題出現(xiàn)。矢量控制涉及到以上注意要點和關(guān)鍵功能碼。3.轉(zhuǎn)矩控制方式Pd.15、Pd.16在轉(zhuǎn)矩控制時，速度環(huán)比例增益和積分時間Pd.01 Pd