交直流电压型变频器，Vf，矢量控制.pdf

交直流电压型变频器，V/f，矢量控制 Frequency converter, V/F control, vector control Single FAQ AD Service Support 5 关键词 交直流电压型变频器，V/f，矢量控制 Key Words Frequency converter, V/F control, vector control AD Service Support 5 变频器是一种能够简单、自由地改变交流电机转速的一种控制装置。简单地说变频器是 通过改变电机输入电压的频率来改变电机转速的。从电机的转速公式 n=60f1(1-S)/P (1). 可以看出，调节电机输入电压的频率 f1，即可改变电机的转速 n。目前几乎所有的低压变频 器均采用以下主电路结构。 部分 1 称为整流器，作用是把交流电变为直流电，部分 2 为无功缓冲直流环节，在此部 分可以采电容作为缓冲，也可用电感。部分 3 是逆变器部分，作用是把直流电变为频率可调 整的三相交流电。中间环节采用电容器的这种变频器称之为交直交电压型变频器。 VVVF 是 Vairable Voltage Variable Frequency 的字母缩写。IGBT 是变频器逆变部分 的目前最常用功率器件，IGBT 是 Insulated Gate Bipolar Transistor 缩写，意为：绝缘 栅双极性晶体管。V/F 是指变频器运转时，变频器输出电压和输出频率之比，它是变频器最 常用最简单的控制方式。 我们来看两个有关电机学的简单公式： 若不改变电压值 U1，只改变频率 f1 来调速，行不行呢？不行，因为从公式 2 中可以看 出，随着 f1 的升高，电机气隙磁通　　将减少，　　的减小势必会导致电机的输出转矩 M 下降，使电机的利用率恶化，严重时会使电机堵转。若在维持电压值 U1 不变条件下，而减 小 f1。则根据公式 2 知，　　将增加，这会使磁路饱和，激礠电流上升，导致铁损急剧增 加，这也是不允许的。若在调频的同时改变电机定子电压 U1，则可以维持磁通　　接近不 变，即 U1/f1=C1　。这就是所谓的 V/f 控制方式。 V/f 控制方式，我已在问题 2 中进行了解释。SVC，VC 是 Senserless Vector Control 和 Vector Control 的缩写，即矢量控制。大家知道三相交流电机与直流电机相比，实现对 转矩控制要困难得多。这是因为三相交流电机控制特点是多变量、强耦合、非线性时变系 统。V/f 控制方式虽然简单，可以满足大部分对调速响应动态性能要求不高的场合，如风 AD Service Support 5 机、水泵类负载，V/f 控制毕竟是一种标量控制，在一些对动态响应要求高的场合如电梯、 轧机等，显然 V/f 控制方式不能满足要求。 70 年代初西门子工程师 F.Blaaschke 在读博士期间，其导师给他出了一个课题，就是 如何通过运算来实现交流电机的直流化控制。（因为直流电机的励磁和电枢部分单独实现调 节，在励磁恒定的情况下，只需控制直流电机的电枢电流即可实现对电机转矩的控制，而交 流电动机则不同。根据公式 3 可知。）交流电动机的磁通和电流是耦合在一起的，改变磁通 的同时会同时引起电流的变化。F.Blaaschke 想出一个非常天才的想法，即通过坐标变换先 将电动机的三相系统等效为两相系统，再经过按转子磁场定向的同步旋转变换实现定子电流 励磁分量与转矩分量之间的解耦，从而达到对交流电机的磁通和电流分别控制的目的，这样 就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动 态性能，一举打破了直流调速系统一统天下的局面。 AD Service Support