轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制和VF控制解析

1、轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制和 解析（免費(fèi)）VF控制轉(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(duì)于恒功率控制而言。如皮帶運(yùn)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(shí)輸出電壓為380V,25HZ時(shí)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(gè)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(dòng)勢(shì)的有效值：E仁4.44f1N1m 式中：E1-定子每相由氣隙磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)的有

2、效值， V ; f1-定子頻率，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岀， m的值由E1/f1決定，但由于E1難以直接控制，所以在電動(dòng)勢(shì)較高時(shí)， 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(shí)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(duì)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(shí)，電壓會(huì)隨頻率而變化，但兩者的比值不變。在基頻以上調(diào)速時(shí)，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(guò)電機(jī)額定

3、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(shí)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(lì)磁和轉(zhuǎn)矩電流并 分別控制，轉(zhuǎn)矩可控，系統(tǒng)是一個(gè)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(shí)的速度控制（ASR ）通過(guò)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 控制時(shí)的速度控制通過(guò)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(dòng)機(jī)的控制原理 ，根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的

4、動(dòng)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(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量， 對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流分量和勵(lì)磁分量分別進(jìn)行控制 ，在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng) 定向后實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩的解耦，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的，使異步電機(jī)得到接近他勵(lì)直流電機(jī) 的控制性能。具體做法是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量（勵(lì)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(shí)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(wú)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(wú)速度傳感器運(yùn)行方式，首先必須解決電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子磁鏈位

5、置角的在線辨識(shí)問(wèn)題。常用的方法有基于 檢測(cè)定子電流信號(hào)的辨識(shí)方法，有同時(shí)使用電流檢測(cè)信號(hào)和電壓檢測(cè)信號(hào)的辨識(shí)方法，還有根據(jù)電流檢測(cè) 信號(hào)和逆變器的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)重構(gòu)電壓信號(hào)的方法。基于藍(lán)海華騰變頻器 V6-H說(shuō)明書(shū)作以上說(shuō)明1. V/F控制方式變頻器采用V/F控制方式時(shí)，對(duì)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及以下的，空載電流 P9.05的

6、值為50%左右的電機(jī)額定電流；特殊情況時(shí)，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(lì)磁也越大。何為矢量化的V/F控制方式，就是在V/F控制時(shí)也將輸入電流量進(jìn)行解耦控制，使控制更加精確。變頻器輸岀電流包括兩個(gè)值：空載電流和力矩電流，輸岀電流I的值為空栽電流Im和力矩電流It平方和后開(kāi)2次方。故空載電流是影響變頻器輸岀電流的主要因素之一。V/F控制時(shí)輸出電壓與運(yùn)行頻率之比為一定值：即U/F=K （ K為常數(shù)），P0.12=最大輸出電壓U，P0.15=

7、基頻 Fo上圖中有個(gè)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(yùn)行時(shí)，隨著速度增快，可 以輸岀恒定的轉(zhuǎn)矩，速度增大不會(huì)影響轉(zhuǎn)矩的輸岀；變頻器在基頻以上運(yùn)行時(shí)，只能保證輸岀額定的 功率，隨著轉(zhuǎn)速增大，變頻器不能很好的輸岀足夠大的力；有時(shí)候變頻器速度更快，高速運(yùn)行時(shí)，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。速度與岀力，高速或者低速時(shí)，兩者不可兼得，這里有個(gè)數(shù)據(jù)概念：調(diào)速范圍，指滿足額定轉(zhuǎn)矩岀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: 201 : 40，我司產(chǎn)品V/F控 制調(diào)速范圍可以達(dá)到1 : 10 0 ,能夠滿足更多范圍的行業(yè)應(yīng)用。

8、在開(kāi)環(huán)矢量時(shí)可以達(dá)到1: 200,閉環(huán)矢量時(shí)達(dá)到1 : 1000，接近伺服的性能。變頻器V/F控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，有兩種方式進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的提升：1）、自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升：必須在P0.16=0且P4.00=0時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升才有效。其作用為：變頻器 V/F控制低頻運(yùn)行時(shí)，提高 輸岀電壓，抵消定子壓降以產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)矩，保證電機(jī)正常運(yùn)行。自動(dòng)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(yùn)行。變頻器作自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升控制電機(jī)時(shí)，見(jiàn)上圖所示輸岀電壓和頻率的線性關(guān)系，運(yùn)行中因?yàn)樨?fù)載變化對(duì) 電壓輸岀作適當(dāng)?shù)脑鰷p，由于響應(yīng)時(shí)間的快慢，所以會(huì)岀現(xiàn)岀力不穩(wěn)定因素。

9、2）、手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升設(shè)置P0.16為某一數(shù)值時(shí)，或者設(shè)置 P4.00為非零時(shí)，手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升才有效。手動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)矩提升曲線圖。變 頻器輸岀作手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升，其轉(zhuǎn)矩岀力在原來(lái)基礎(chǔ)上成線性增加，所以岀力穩(wěn)定，不受負(fù)載變化的影 響，岀力穩(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(guò)多，在啟 動(dòng)過(guò)程中將產(chǎn)生較大的電流沖擊。自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升只能滿足一拖一的輸岀情況，當(dāng)涉及一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)電機(jī)時(shí)，V/F控制時(shí)必須采用手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升，即設(shè)置P0.16為非0值。V/F控制時(shí)的有關(guān)性能參數(shù)調(diào)試：PA.02為V/F

10、控制轉(zhuǎn)差補(bǔ)償增益，設(shè)置此參數(shù)時(shí)，可以參考電機(jī)額定轉(zhuǎn)速P9.02來(lái)設(shè)定參數(shù)。該功能有助于變頻器在負(fù)載波動(dòng)及重載情況下保持電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，即補(bǔ)償由于負(fù)載波動(dòng)而導(dǎo)致的電機(jī)轉(zhuǎn)速增減，但是由于補(bǔ)償本身的響應(yīng)時(shí)間問(wèn)題，導(dǎo)致系統(tǒng)岀現(xiàn)不穩(wěn)定因素增多，在系統(tǒng)波動(dòng)較大的 情況下，此功能碼設(shè)置為0有一定效果。PA.04、PA.05為電流限定功能，由于瞬時(shí)負(fù)載過(guò)大而導(dǎo)致系統(tǒng)沒(méi)法正常運(yùn)行，可以適當(dāng)增大PA.05限定值。V/F控制涉及到以上注意要點(diǎn)和關(guān)鍵功能碼。2.矢量控制方式變頻器作矢量控制時(shí)，對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴很大，所以必須對(duì)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(kāi)電機(jī)負(fù)載。Pd.01、Pd

11、.02、Pd.03、Pd.04、Pd.05、Pd.15、Pd.16 參數(shù)說(shuō)明：下圖所示為速度環(huán)比例增益與積分時(shí)間、電流環(huán)比例系數(shù)與積分系數(shù)調(diào)節(jié)。Pd.01Pd.05為速度環(huán)比例增益與積分時(shí)間調(diào)節(jié)參數(shù)，設(shè)置Pd.05=5HZ，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率大于5HZ的時(shí)候，Pd.01、Pd.02調(diào)節(jié)參數(shù)起作用；當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率小于5HZ的時(shí)候，Pd.03、Pd.04調(diào)節(jié)參數(shù)起作用。運(yùn)行參數(shù)輸出T與比例增益P成正比，與積分時(shí)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(dòng)態(tài)響應(yīng)就越快，此時(shí)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(huì)

12、導(dǎo)致電機(jī)岀現(xiàn)震蕩非常厲害。舉例：某現(xiàn)場(chǎng)，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(shí)的比例增益 P。開(kāi) 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(diǎn)運(yùn)行，此時(shí)電機(jī)震動(dòng)非常厲害，電流很大，運(yùn)行根本不正常。后來(lái)設(shè)置Pd.01=1和Pd.03=1，然后再運(yùn)行電機(jī)，運(yùn)行很穩(wěn)定，無(wú)任何異常情況。這里我們讓動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢了，那么系統(tǒng)響應(yīng)慢些了，頻率及電流輸岀就穩(wěn)定些了。但是調(diào)試基本原則是，在系統(tǒng)無(wú)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?yàn)閷?shí)時(shí)跟蹤反饋的速度，然后作岀頻率及電流、轉(zhuǎn)矩輸岀

13、調(diào)整，這是開(kāi)環(huán)矢量型變頻器控制岀力穩(wěn)定性的基本要求。一般小功率的變頻器帶電機(jī)場(chǎng)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(chǎng)的調(diào)試工作，當(dāng)然是根據(jù)具體情況來(lái)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(guò)程。在電流環(huán)調(diào)整時(shí)，比例系數(shù)P、積分系數(shù)I越大，對(duì)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(chǎng)測(cè)試，變頻器帶一臺(tái)電機(jī)空載，作旋轉(zhuǎn)自學(xué)習(xí)以后，矢量控制，點(diǎn)運(yùn)行。電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行著，只是電機(jī)內(nèi)部會(huì)發(fā)岀嗡嗡的聲音，感覺(jué)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

14、高一些，系統(tǒng)不會(huì)有大的抖動(dòng)和震動(dòng)，就只出現(xiàn)上面文字說(shuō)明的情況，也不嚴(yán)重，但是就是與正常情況有點(diǎn)區(qū)別。后來(lái)我們更改Pd.15和Pd.16參數(shù)由1000變成400，然后再運(yùn)行電機(jī)，此時(shí)有明顯效果，電流偏小了，與正常運(yùn)行電流一致了，也沒(méi)有嗡嗡的聲響了。此時(shí)我們調(diào)節(jié)參數(shù)把電流環(huán)作用減弱了，響應(yīng)不是那么快了，然后能滿足此電機(jī)的正常運(yùn)行。2） 、當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)控制需要高速運(yùn)行，超過(guò)基頻50HZ （舉例），那么電機(jī)進(jìn)入弱磁場(chǎng)區(qū)域，存在系統(tǒng) 震蕩，那么此時(shí)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(shí)，弱磁區(qū)高 速運(yùn)行就不存在問(wèn)題了，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定無(wú)震蕩。Pd.08、Pd.09參數(shù)說(shuō)明：此兩個(gè)參

15、數(shù)分別對(duì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行限定，值越大，那么變頻器啟動(dòng)瞬間輸岀的瞬間轉(zhuǎn)矩力就越大，VF控制和矢量控制時(shí)加減速響應(yīng)時(shí)間越快。Pd.14參數(shù)說(shuō)明：此功能設(shè)置欲激磁時(shí)間，欲激磁是在電機(jī)啟動(dòng)前事先建立起磁通，以達(dá)到電機(jī)啟動(dòng)時(shí)快速響應(yīng)的目的。當(dāng)有運(yùn)行指令時(shí)，先按本功能碼設(shè)定的時(shí)間進(jìn)入欲激磁狀態(tài)，磁通建立起來(lái)后，再進(jìn)入正常的 加速運(yùn)行。在不影響加速的情況下，此參數(shù)設(shè)置的越長(zhǎng)，那么電機(jī)起動(dòng)岀力越好。我們岀廠值設(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(shí)際調(diào)試過(guò)程中，適當(dāng)增加點(diǎn)預(yù)激磁時(shí)間，對(duì)控制電機(jī) 有一定的效果。Pd.17、Pd.18此兩個(gè)參數(shù)分別設(shè)置電機(jī)在電動(dòng)、發(fā)電時(shí)的轉(zhuǎn)差補(bǔ)償。調(diào)試此兩

16、個(gè)參數(shù)時(shí)，需要與P9.02、P0.15作配合調(diào)試。Pd.17在矢量開(kāi)環(huán)、矢量閉環(huán)、電動(dòng)狀態(tài)時(shí)有效，比如機(jī)床加速可調(diào)試此參數(shù)。Pd.18 在矢量開(kāi)環(huán)、矢量閉環(huán)、發(fā)電（制動(dòng)）時(shí)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(shí)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(shí)實(shí)現(xiàn)零伺服功能。Pd.33該參數(shù)對(duì)恒功率區(qū)的轉(zhuǎn)矩限定進(jìn)行補(bǔ)償。改變?cè)搮?shù)可以優(yōu)化變頻器運(yùn)行在恒功率區(qū)的加減速時(shí)間和輸岀轉(zhuǎn)矩。舉例：在機(jī)床開(kāi)環(huán)矢量調(diào)試時(shí)，機(jī)床要求速度到3000到4000轉(zhuǎn)每分鐘，但是調(diào)試時(shí)速度只能達(dá)到3000轉(zhuǎn)，然后速度就上不去了，并且速度會(huì)緩緩降下來(lái)。我們把 Pd.33由40減為0后，速度 很容易就上去了，無(wú)任何問(wèn)題岀現(xiàn)。矢量控制涉及到以上注意要點(diǎn)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(shí)，速度環(huán)比例增益和積分時(shí)間Pd.01 Pd.05無(wú)效；電流環(huán)