变频器的矢量控制方式

    矢量控制是通过控制变频器输出电流的大小、频率和相位来控制电动机的转矩，进而控制电动机的转速。    1．矢量控制原理    直流电动机是一种调速性能较好的电动机，直流电动机可通过改变励磁绕组电流或电枢绕组电流大小进行调速，与异步电动机相比，直流电动机具有调速范围宽、能够实现无级调速等优点。为了让异步电动机也能实现直流电动机一样良好的调速性能，异步电动机可采用矢量控制方式的变频器。    矢量控制是依据直流电动机调速控制的特点，将异步电动机定子绕组电流（即变频器输出电流）按矢量变换的方法分解形成类似于直流电动机的磁场电流分量（励磁电流）和转矩电流分量（转子电流），只要控制异步电动机定子绕组电流的大小和相位，就能控制励磁电流和转矩电流，从而实现直流电动机一样的良好调速控制。    矢量控制的基本过程如图4-17所示。从电动机反馈过来的速度反馈信号送到控制器，同时给定信号也送到控制器，两信号经控制器处理后形成与励磁电流和转矩电流对应的I1、I2电流。两电流再去变换器进行变换而得到三相电流信号。这三相电流信号去驱动控制电路形成相应的控制信号，去控制PWM逆变电路开关器件的通断，为电动机提供定子绕组电流。在需要对电动机进行调速时，改变给定信号，送给逆变电路的控制信号就会变化，逆变电路开关器件的通断情况也会发生变化，从而改变提供给电动机定子绕组的电流的大小、频率和相位，以实现对电动机进行良好的调速控制。
    图4-17    矢量控制的基本过程    2．矢量控制的类型    矢量控制分为无速度传感器的矢量控制和有速度传感器的矢量控制。    (1)无速度传感器的矢量控制    无速度传感器的矢量控制如图4-18所示。其没有应用速度传感器检测电动机转速信息，而是采用电流传感器（或电压传感器）检测定子绕组的电流（或电压），然后送到矢量控制的速度换算电路，推算出电动机的转速，再参照给定信号形成相应的控制信号去控制PWM逆变电路。
    图4-18    无速度传感器的矢量控制    (2)有速度传感器的矢量控制    有速度传感器的矢量控制如图4-19所示，主要采用速度传感器来检测电动机的转速。
    图4-19    有速度传感器的矢量控制    有速度传感器的矢量控制较无速度传感器的矢量控制在速度调节上范围更宽，前者可达后者的10倍，这主要是因为后者缺少准确的转速反馈信号。采用速度传感器矢量控制方式的变频器通用性较差，因为速度传感器对不同特性的异步电动机检测会有差异。    3．矢量控制的特点及适用范围    矢量控制主要有以下特点。    ①低频转矩大。一般通用变频器在低频时的转矩较小，在5Hz以下无法满负荷工作，而采用矢量控制的变频器在低频时也能使转矩高于额定转矩。    ②动态响应快。直流电动机不允许电流变化率过高，而矢量控制变频器允许电流变化快，因此调速响应快，一般可达毫秒级。    ③控制灵活。直流电动机通常根据不同的负载来选择不同特性的串励、并励或他励方式，而矢量控制的电动机可通过改变控制参数就能使一台电动机具有不同的特性。    矢量控制系统的适用范围主要有以下几种。    ①恶劣的工作环境，如工作在高温高湿并有腐蚀气体环境中的印染机、造纸机可用矢量控制方式的变频器。    ②要求高速响应的生产机械，如机械手驱动系统等。    ③高精度的电力拖动．如钢板、线材卷取机等。    ④高速电梯拖动。