变频器基于转差频率控制的矢量控制方式及工作

    矢量控制的基本思想是认为异步电动机和直流电动机具有相同的转矩产生机理，即电动机的转矩为磁场和与其相垂直的电流的积，而异步电动机的定子电流则可以分为产生磁场的电流分量（磁场电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）。因此，通过控制电动机定子电流的大小和相位（即定子电流矢量），即可以分别对电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制电动机转矩的目的。    前面我们已经提到，矢量控制的基本原理是通过控制电动机定子电流的幅值和相位（即电流矢量），来分别对电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制电动机转矩电流特性的目的。    为了便于说明，我们在图2-11重新给出了异步电动机的等效电路图以及相应的电流矢量图（忽略转子漏感L2）。
    图2-11    异步电动机的等效电路图的电流矢量图    (a)-等效电路图；(b)-电流矢量图    从图2-11b可以看出，当需要将电动机的转矩电流从I2变为I′2时，在改变电动机定子电流的幅值，使得I1变为I′1的同时，还必须改变I1的相位θ，使得θ变为θ′，即必须对定子电流矢量进行控制，才能保证转矩电流的平稳变化，而在转差频率控制方式中，虽然通过对转差频率的控制达到了控制转矩电流I2幅值的目的，但是，由于在这种控制方式中并没有对电动机定子电流的相位进行控制，在转矩电流从I2到I′2的过渡过程中将存在一定的波动，并造成电动机输出转矩的波动，如图2-12a所示。    根据图2-11a等效电路图得知，定子电流I1转矩电流I2、励磁电流IM三者之间有如下关系    (2-14)    (2-15)由于转差频率定义为    fs=sf所以从式2-15可得   (2-16)其中，T2=M/r2为电动机转子电路时间常数。    与转差频率控制方式相同，基于转差频率控制的矢量控制方式同样是在进行E/f控制的基础上，通过检测电动机的实际速度得到与实际转速nn对应的电源频率fn，并根据希望得到的转矩按照式2-16对变频器的输出频率f进行控制的。因此，二者的定常特性相同。    但是，在基于转差频率控制的矢量控制方式中，除了按照上述方式对异步电动机进行定常状态时的控制外，还要根据    (2-17)  的条件对电动机定子电流的相位进行控制，以消除转矩电流过渡过程中的波动。
     图2-12给出了采用普通的转差频率控制方式和基于转差频率控制的矢量控制方式的异步电动机的输出转矩特性对比。从图中可以看出，与普通的转差频率控制方式相比，基于转差频率控制的矢量控制方式在输出转矩特性方面有很大改善。
    图2-12    转差频率控制方式和矢量控制方式特性对比    (a)-转差频率控制方式；(b)-矢量控制方式