矢量控制原理--應用

采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調速范圍上與直流電動機相匹配，而且可以控制異步電動機產生的轉矩。由于矢量控制方式所依據的是準確的被控異步電動機的參數，有的通用變頻器在使用時需要準確地輸入異步電動機的參數，有的通用變頻器需要使用速度傳感器和編碼器。鑒于電機參數有可能發生變化，會影響變頻器對電機的控制性能，并根據辨識結果調整控制算法中的有關參數，從而對普通的異步電動機進行有效的矢量控制。

異步電動機矢量控制變頻調速系統的開發，使異步電動機的調速可獲得和直流電動機相媲美的高精度和快速響應性能。異步電動機的機械結構又比直流電動機簡單、堅固，且轉子無碳刷滑環等電氣接觸點，故應用前景十分廣闊。現將其優點和應用范圍綜述如下：

1、矢量控制系統的優點：

動態的“速響應直流電動機受整流的限制，過高的di/dt是不容許的。異步電動機只受逆變器容量的限制，強迫電流的倍數可取得很高，故速度響應快，一般可達到毫秒級，在快速性方面已超過直流電動機。

低頻轉矩增大一般通用變頻器（VVVF控制）在低頻時轉矩常低于額定轉矩，在5Hz以下不能帶滿負載工作。而矢魷控制變頻器由于能保持磁通恒定，轉矩與it呈線性關系，故在極低頻時也能使電動機的轉矩高于額定轉矩。

控制的靈活性直流電動機常根據不同的負載對象，選用他勵、串勵、復勵等形式。它們各有不同的控制特點和機械特性。而在異步電動機矢量控制系統中，可使同一臺電動機輸出不同的特性。在系統內用不同的函數發生器作為磁通調節器，即可獲得他勵或串勵直流電動機的機械特性。

使用矢量控制，可以使電機在低速，如（無速度傳感器時）1Hz（對4極電機，其轉速大約為30r/min）時的輸出轉矩可以達到電機在50Hz供電輸出的轉矩（最大約為額定轉矩的150％）。

對于常規的V/F控制，電機的電壓降隨著電機速度的降低而相對增加，這就導致由于勵磁不足，而使電機不能獲得足夠的旋轉力。為了補償這個不足，變頻器中需要通過提高電壓，來補償電機速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個功能叫做“轉矩提升”。

轉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，電機轉矩并不能和其電流相對應的提高。因為電機電流包含電機產生的轉矩分量和其它分量（如勵磁分量）。

矢量控制把電機的電流值進行分配，從而確定產生轉矩的電機電流分量和其它電流分量（如勵磁分量）的數值。

矢量控制可以通過對電機端的電壓降的響應，進行優化補償，在不增加電流的情況下，允許電機產出大的轉矩。此功能對改善電機低速時溫升也有效。

2、矢量控制系統的應用范圍

要求高速響應的工作機械：如工業機器人驅動系統在速度響應上至少需要100rad/s，矢量控制驅動系統能達到的速度響應最高值可達1000rad/s，保證機器人驅動系統快速、精確地工作。

適應惡劣的工作環境：如造紙機、印染機均要求在高濕、高溫并有腐蝕性氣體的環境中工作，異步電動機比直流電動機更為適應。

3、高精度的電力拖動：如鋼板和線材卷取機屬于恒張力控制，對電力拖動的動、靜態精確度有很高的要求，能做到高速（弱磁）、低速（點動）、停車時強迫制動。異步電動機應用矢量控制后，靜差度《0.02%，有可能完全能代替V-M直流調速系統。

4、四象限運轉：如高速電梯的拖動，過去均用直流拖動，現在也逐步用異步電動機矢量控制變頻調速系統代替。