变频器非智能控制方式的矢量控制

    矢量控制是一种高性能异步电动机控制方式，它根据交流电动机的动态数学模型，利用坐标变换的手段，将交流电动机的定子电流分解成励磁分量电流和转矩分量电流，并分别加以控制，即模仿自然解耦的直流电动机的控制方式，对电动机的磁场和转矩分别加以控制，从而获得类似于直流调速系统的动态性能。我们知道，直流电动机具有励磁绕组和电枢绕组两套绕组，两套绕组在机械上是独立的，在空间上互差90°；两套绕组在电气上也分别由不同电源供电。在励磁电流恒定时，直流电动机所产生的电磁转矩和电枢电流成正比，控制直流电动机的电枢电流可以控制电动机的转矩，因而直流电动机具有良好的控制性能。当进行闭环控制时，可以很方便地构成速度、电流双闭环控制，系统具有良好的静、动态性能。    而异步电动机虽然有定子绕组和转子绕组，但只有定子绕组和外部电源相连，在定子绕组中流过定子电流。转子绕组虽然流过电流，但它是通过电磁感应在转子绕组中产生的感应电流，并将从定子侧得到的电磁能量转变为机械能供给负载。因此异步电动机的定子电流包括两个分量：励磁电流和转子电流。由于励磁电流是异步电动机定子电流的一部分，很难像直流电动机那样仅仅控制异步电动机的定子电流达到控制电机转矩的目的。事实上，异步电动机所产生的电磁转矩和定子电流并不成比例，定子电流大并不能保证电机的转矩大。例如，异步电动机启动时，定子电流几乎是额定电流的5～7倍，但启动转矩仅仅是额定转矩的0.8～1.2倍。但是，根据异步电动机的动态数学方程式，它具有和直流电动机相同的形式，因而如果选择合适的控制策略，异步电动机应能得到和直流电动机相类似的控制性能，这就是矢量控制。另外，从产生旋转磁场角度考虑，如果我们设想旋转磁场是由直流电产生的，那么产生磁场的绕组需要以电动机的同步转速旋转。这时，在控制计算中需要增加旋转变换，即将静止的定子绕组通以交流电产生的旋转磁场等效为由旋转的绕组通以直流电所产生的磁场。旋转变换是矢量控制又一重要变换。    通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。    基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致，但是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式在输出特性方面能得到很大的改善。但是，这种控制方式属于闭环控制方式，需要在电动机上安装速度传感器，因此，应用范围受到限制。    无速度传感器矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩电流进行控制，然后通过控制电动机定子绕组上的电压、电流辨识转速以达到控制励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方式调速范围宽，启动转矩大，工作可靠，操作方便，但计算比较复杂，一般需要专门的处理器来进行计算，因此，实时性不是太理想，控制精度受到计算精度的影响。