变频器对异步电动机的矢量控制方式

    U/f恒定、速度开环控制方式和转差频率速度闭环控制方式变频器，基本上解决了异步电动机平滑调速的问题。然而，当生产机械对调速系统的动、静态性能提出更高要求时，上述系统还是比直流调速系统略逊一筹。原因在于其系统控制的规律是从异步电动机稳态等效电路和稳态转矩公式出发推导出的稳态值控制，完全不考虑动态过渡过程，系统在稳定性、启动及低速时转矩动态响应等方面的性能尚不能令人满意。考虑到异步电动机是一个多变量、强耦合、非线性的时变参数系统，很难直接通过外加信号准确控制电磁转矩，但若以转子磁通这一旋转的空间矢量为参考坐标，利用从静止坐标系到旋转坐标系之间的变换，则可以把定子电流中的励磁电流分量与转矩电流分量变成标量独立开来，进行分别控制。这样，通过坐标重建的电动机模型就可等效为一台直流电动机，从而可像直流电动机那样进行快速的转矩和磁通控制，即矢量控制。    矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转动惯量（转矩电流）分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式为矢量控制方式。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。    基于转差频率控制的矢量控制方式同样是在进行U/f=恒定控制的基础上，通过检测异步电动机实际速度n，并得到对应的控制频率f，然后根据希望得到的转矩，分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位，对变频器的输出频率f1进行控制的。基于转差频率控制方式的最大特点是，可以消除动态过程中转矩电流的波动，从而提高了变频器性能。早期的矢量控制变频器基本上都是采用的基于转差频率控制的矢量控制方式。    在三相静止坐标系中，坐标轴A、B、C静止不动，三相绕组中的交流电压和电流产生旋转磁场，合成磁动势F以同步转速ω1旋转。若以功率不变和磁动势相等为原则，三相对称绕组所产生的旋转磁场可由二相对称绕组α和β进行等效，这便是三相静止至二相静止的坐标变换。    若假设二相静止坐标系本身以同步转速旋转，则原先的二相静止坐标系中的交流量蜕变为直流量，这便是二相静止至二相旋转的dq坐标变换。经过三相静止至二相旋转坐标系的变换后，交流电动机与直流电动机之间建立了等效关系。将旋转坐标d轴定向于转子磁通方向可以将定子电流分解为励磁电流分量和转矩电流分量，可使交流异步电动机用直流电机的控制原理进行控制。因此，坐标变换是矢量控制技术的重要思路。    矢量控制方式的变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相媲美，而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数．有的变频器需要使用速度传感器，并需使用厂商指定的变频器专用电动机进行控制，否则难以达到理想的控制效果。    目前新型矢量控制变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，带有这种功能的变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。除了上述的无传感器矢量控制和转矩矢量控制等可提高异步电动机转矩控制性能的技术外，目前的新技术还包括异步电动机控制常数的调节及与机械系统匹配的适应性控制等．以提高异步电动机应用性能的技术。为了防止异步电动机转速偏差以及在低速区域获得较理想的平滑转速，应用大规模集成电路并采用专用数字式自动电压调整(AVR)控制技术的控制方式，已实用化并取得良好的效果。