矢量变频器怎么调试？变频器矢量控制方式分析

　　有些物理量，既要有数值大小（包括有关的单位），又要有方向才能完全确定。这些量之间的运算并不遵循一般的代数法则，而遵循特殊的（空间向量）运算法则。这样的量叫做物理矢量。有些物理量，只具有数值大小（包括有关的单位），而不具有方向性。这些量之间的运算遵循一般的代数法则。这样的量叫做物理标量。

　　什么是矢量变频器？

　　矢量与向量就是数学上矢量（向量）分析的一种方法或是一种概念，两者是同一概念，只是叫法不同，简单的定义是指既具有大小又具有方向的量。矢量是我们（大陆）的说法，向量的说法一般是港台地区的文献是用的。矢量控制主要是一种电机模型解耦的概念。

　　矢量变频器的技术是基于DQ轴的理论而产生的，它的基本思路是把电机的电流分解为D轴电流和Q轴电流，其中D轴电流是励磁电流，Q轴电流是力矩电流，这样就可以把交流电机的励磁电流和力矩电流分开控制，使得交流电机具有和直流电机相似的控制特性，是为交流电机设计的一种理想的控制理论，大大提高了交流电机的控制特性。不过目前这种控制理论已经不仅仅应用在交流异步电动机上了，直流变频电动机（BLDC，也就是永磁同步电动机）也大量使用该控制理论。

　　矢量是我们的说法，向量的说法一般是港台地区的文献使用的。意义和“布什”和“布希”的意思大致一样。所谓的矢量控制主要就是一种电机模型解耦的概念。

　　在电气领域主要用于分析交流电量，如电机分析等，在变频器中的应用即基于电机分析的理论进行变频控制的，称为矢量控制型变频器，实现的方法不是唯一的，但数学模型基本一致。

　　矢量变频器技术是基于DQ轴理论而产生的，它基本的思路就是把电机的电流分解为D轴的电流和Q轴电流，其中D轴的电流是励磁电流，Q轴电流是力矩电流，这样就可以把交流电机的励磁电流和力矩电流分开控制，使得交流电机具有和直流电机相似的控制特性，是为交流电机设计的一种理想的控制理论，大大提高了交流电机的控制特性。不过目前这种控制理论已经不仅仅应用在交流异步电动机上了，直流变频电动机（BLDC，也就是永磁同步电动机）也大量使用该控制理论。

　　在电气领域主要用于分析交流电量，如电机分析等，在变频器中的应用即基于电机分析的理论进行变频控制的，称为矢量控制型变频器，实现的方法不是唯一的，但数学模型基本一致。

　　矢量变频器的工作原理

　　矢量控制变频器的基本原理是，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） 和产生转矩的电流分量 （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称为矢量控制方式。由于矢量控制可以使得变频器根据频率和负载情况实时的改变输出频率和电压，因此其动态性能相对完善。可以对转矩进行精确控制;系统响应快;调速范围广;加减速性能好等特点。在对转矩控制要求高的场合，以其优越的控制性能受到用户的赞赏。

　　现在许多新型的通用型变频器也具备了矢量控制功能，只是在参数设定时要求输入完整的电机参数。因为矢量控制是以电机的参数为依据，因此完整的电机参数就显得尤其重要，以便变频器能有效的识别电机，很好的对电机进行控制。

　　变频器矢量控制方式

　　矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。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。

　　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。

　　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。

　　变频控制一般分为

　　1：V/F控制（标量） 通过控制电压来控制

　　2：V/F+PG控制 通过控制电压和编码器来控制。

　　3：无PF，矢量控制 通过控制转距来控制。

　　4：有PG的矢量控制 通过编码器和转距来控制，也叫电流真矢量。

　　矢量指：有方向有大小的量。 PG：编码器

　　V/F中的V指输出电压，F指频率。

　　矢量控制变频调速的具体步骤

　　1）将交流电机等效为直流电机：将交流电机的三相定子电流ia、ib、ic通过三相-二相变换转换为静止坐标系下的交流电流ia1、ib1;

　　2）对速度、磁场两个分量进行独立控制：将静止坐标系下的交流电流ia1、ib1通过磁场定向旋转变换转换为旋转坐标系下的直流电流im1、it1，其中，im1即等效为直流电动机的励磁电流，it1即等效为与转矩成正比的电枢电流;

　　3）对直流电机进行变频调速控制：根据直流电动机的控制方法求得直流电动机的控制量;

　　4）坐标反变换还原为对交流电机的控制：根据上述一二步骤的坐标变换进行相应的坐标反变换，将直流电流转换为交流电流，再转换为三相定子电流以完成对交流电动机的矢量控制。

　　变频器矢量控制实现

　　矢量控制基本理念 旋转地只留绕组磁场无论是在绕组的结构上，还是在控制的方式上，都和直流电动机最相似。

　　设想，有两个相互垂直的支流绕组同处于一个旋转体中，通入的是直流电流，它们都由变频器给定信号分解而来的。

　　经过直交变换 将两个直流信号变为两相交流信号;在经二相、三相变换得到三相交流控制信号;

　　结论只要控制直流信号中的任意一个，就可以控制三相交流控制信号，也就控制了交流变频器的交流输出。

　　通过上述变换，将交流电机控制近似为直流电机控制。

　　变频器矢量控制模式要求

　　1）一台变频器只能带一台电动机。

　　2）电动机的极数要按说明书的要求，一般以4极电动机为最佳。

　　3）电动机容量与变频器的容量相当，最多差一个等级。如：根据变频器的容量应选配11 kW的电动机，使用矢量控制时，电动机的容量可是11 kW或7.5 kW，再小就不行了。

　　4）变频器与电动机间的连接线不能过长，一般应在30 m以内。如果超过30 m，需要在连接好电缆后，进行离线自动调整，以重新测定电动机的相关参数。

　　现在大部分的新型通用变频器都有了矢量控制功能，如何选择使用这种功能，多用下面两种方法：

　　1）在矢量控制功能中，选择“用”或“不用”。

　　2）在选择矢量控制后，还需要输入电动机的容量、极数、额定电流、额定电压、额定功率等。

　　由于矢量控制是以电动机的基本运行数据为依据，因此电动机的运行数据就显得很重要。如果使用的电动机符合变频器的要求，且变频器容量和电动机容量相吻合，变频器就会自动搜寻电动机的参数，否则就需重新测定。很多类型的变频器为了方便测量电动机的参数都设计安排了电动机参数自动测定功能。通过该功能可准确测定电动机的参数，且提供给变频器的记忆单元，以便在矢量控制中使用。

　　在使用矢量控制时，一些需要注意的问题如下

　　1）使用矢量控制时，可以选择是否需要速度反馈。对于无反馈的矢量控制，尽管存在对电动机的转速估算精度稍差，其动态响应较慢的弱点，但其静态特性已很完美。如果对拖动系统的动态特性无特殊要求，一般可以不选用速度反馈。

　　2）频率显示以给定频率为好。矢量控制在改善电动机机械特性时，最终是通过改变变频器的输出频率来完成的。在矢量控制的过程中，其输出频率会经常跳动，因此实际使用时频率显示以显示“给定频率”为好。