變頻器的VF控制與矢量控制

變頻器的V/F控制與矢量控制U/f=C的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式

其特點是控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。

一、矢量控制（VC）方式

矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動機在三相坐標系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流電流Im1、It1（Im1相當于直流電動機的勵磁電流；It1相當于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標反變換，實現(xiàn)對異步電動機的控制。其實質(zhì)是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)坐標變換，實現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準確觀測，系統(tǒng)特性受電動機參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結(jié)果。

V/F控制與矢量都是恒轉(zhuǎn)矩控制。U/F相對轉(zhuǎn)矩可能變化大一些。而矢量是根據(jù)需要的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)的，相對不好控制一些。對普通用途。兩者一樣

1、矢量控制方式——

矢量控制，最簡單的說，就是將交流電機調(diào)速通過一系列等效變換，等效成直流電機的調(diào)速特性，就這么簡單，至于深入了解，那就得深入了解變頻器的數(shù)學模型，電機學等學科。

矢量控制原理是模仿直流電動機的控制原理，根據(jù)異步電動機的動態(tài)數(shù)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(zhuǎn)矩分量，對電機的轉(zhuǎn)矩電流分量和勵磁分量分別進行控制。

在轉(zhuǎn)子磁場定向后實現(xiàn)磁場和轉(zhuǎn)矩的解耦，從而達到控制異步電動機轉(zhuǎn)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(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。

2、V/F控制方式——

V/F控制，就是變頻器輸出頻率與輸出電壓的比值為恒定值或成比例。例如，50HZ時輸出電壓為380V的話，則25HZ時輸出電壓為190V。

變頻器采用V/F控制方式時，對電機參數(shù)依賴不大，V/f控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩-速度特性，基于在改變電源頻率進行調(diào)速的同時，又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。V/f控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式，不能達到較高的控制性能，而且，在低頻時，必須進行轉(zhuǎn)矩補償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。

3、V/F這種控制方式多用于風機、泵類節(jié)能型變頻器。V與f的比例關(guān)系是考慮了電機特性而預先決定的。

4、矢量控制的應(yīng)用場合一般是要求比較高的傳動場合。比如要求的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍指標高，恒功率調(diào)速的范圍比較寬。

而且，矢量控制不同于V/F控制，它在低速時可以輸出100%的力矩，而V/F控制在低速時因力矩不夠而無法工作。

5、V/F控制特點——以控制速度為目的，控制特點控制精度不高，低速時，力矩明顯小，常用于變頻器一拖多場合下。

矢量控制特點——它有速度閉環(huán)，即從負載端測出實際的速度，并與給定值進行比較，能夠得到更高精度的速度控制，并且在低速時，也有最高的力矩輸出。

二、矢量控制系統(tǒng)原理

思路：矢量調(diào)速的目標——直流調(diào)速；努力實現(xiàn)勵磁電流與電樞電流的獨立控制；勵磁電流與電樞電流互差90度角。

原理：矢量控制的基本原理是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動機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。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。

比較：基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式同樣是在進行U/f＝恒定控制的基礎(chǔ)上，通過檢測異步電動機的實際速度n，并得到對應(yīng)的控制頻率f，然后根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩，分別控制定子電流矢量及兩個分量間的相位，對通用變頻器的輸出頻率f進行控制的。基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式的最大特點是，可以消除動態(tài)過程中轉(zhuǎn)矩電流的波動，從而提高了通用變頻器的動態(tài)性能。早期的矢量控制通用變頻器基本上都是采用的基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式。

三、矢量控制的實現(xiàn)

矢量控制基本理念

旋轉(zhuǎn)地只留繞組磁場無論是在繞組的結(jié)構(gòu)上，還是在控制的方式上，都和直流電動機最相似。

設(shè)想，有兩個相互垂直的支流繞組同處于一個旋轉(zhuǎn)體中，通入的是直流電流，它們都由變頻器給定信號分解而來的。

經(jīng)