控制方式功能的实现方法

异步电动机在低频运行时，其电压也应同时下降，但如果电压和频率同步下降，电动机的磁通会减少，其带负载能力也会减小。所谓控制方式，就是在运行频率下降时，如何根据负载的具体情况，调整电动机磁通的控制方式。

7.2.2.1 U/f控制方式

1.几个基本名词

（1）基本频率

与最大输出电压对应的频率，称为基本频率，用f_BA表示。

在绝大多数情况下，基本频率应该等于电动机的额定频率，并且最好不要随意改变。

（2）频率调节比

变频器的输出频率与额定频率之比称为频率调节比：

式中 k_F———频率调节比；

f_X———变频器的输出频率，Hz；

f_N———额定频率，Hz。

（3）电压调节比

变频器的实际输出电压与额定电压之比：

式中 k_U———电压调节比；

U_X———变频器的实际输出电压，V；

U_N———电动机的额定电压，V。

2.V/F控制方式

（1）含义

通过调整变频器输出侧的电压频率比（U/f比）的方法，来改变电动机在调速过程中机械特性的控制方式。

由于电压的下降是人为的，这就有可能根据负载的不同特点来适当地调整U/f比值。这种通过调整U/f比值来改变电动机特性的方法，便称为V/F控制方式。

（2）U/f线

不同的负载在低频运行时对U/f比值的要求也是不一样的。为此，各种变频器都设置了许多种U/f线，供用户根据负载的具体要求来进行预置。如图7-17所示，曲线①是电压与频率成正比地变化的U/f线，称为基本U/f线。其特点是：

图7-17 变频器的U/f线

如要加大低频时的带负载能力，须在基本U/f线的基础上加大U/f比，使k_U>k_F，称为转矩补偿或转矩提升，转矩提升后的U/f线如曲线②所示，图7-17中的U_C%是转矩提升量。

离心式风机和水泵等二次方律负载在低频运行时，负载的阻转矩与额定转矩相比，减小很多，不但不必要加大U/f比，还应该减小U/f比值，使k_U<k_F，进行负补偿，如曲线③所示，在许多变频器的说明书中，称之为“低励磁压频比”。

7.2.2.2 矢量控制方式

1.矢量控制的基本思想

仿照直流电动机的调速特点，使异步电动机的转速也能通过控制两个互相垂直的直流磁场来进行调节。(www.xing528.com)

2.矢量控制框图

如图7-18所示。

图7-18 矢量控制框图

（1）给定信号的处理

将频率给定信号分解成在空中旋转的两个互相垂直的直流磁场信号，分别称为磁场分量i^∗_M和转矩分量i^∗_T；以模拟直流电动机的主磁场和电枢磁场。

（2）等效变换

通过一系列的等效变换，将互相垂直的直流旋转磁场信号等效地变换成三相旋转磁场的控制信号i^∗_A、i^∗_B、i^∗_C，用来控制逆变桥的工作。

当频率给定信号改变时，仿照直流电动机的情形，使直流磁场中的励磁分量保持不变，而转矩分量得到调整，以模拟直流电动机的主磁场不变，只调节电枢磁场的情形，从而获得和直流电动机相仿的调速特性。

（3）转速反馈

1）外部反馈：须在变频器外部附加测速装置，常称为“有反馈矢量控制”，也称为“有速度传感器矢量控制”，可以使电动机得到很硬的机械特性，并且具有很高的动态响应能力。

2）内部反馈：不需要在变频器外部另装转速反馈装置，在了解电动机参数的前提下，即使只检测电动机的端电压和电流，也能算出转子磁通及其角速度，并进而推算出转矩电流指令i^∗_T和励磁电流^i∗_M指令，实现矢量控制，常称为“无反馈矢量控制”。

3.电动机参数的自动检测

矢量控制方式在进行等效变换时，须根据电动机的参数作大量的运算。而所需数据中的相当部分，例如，定子绕组的电阻和漏磁电抗、转子绕组的电阻和漏磁电抗的折算值等，一般用户是很难得到的。对此，当代的许多变频器都已经配置了自动检测电动机参数的功能。

具体方法大致如下：

（1）准备工作

1）输入电动机的额定数据；

2）使变频器处于“键盘操作”方式；

3）将自测定功能预置为“自动”方式。

（2）静止自测量

用手制住电动机的输出轴，使电动机处于堵转状态。变频器输出额定电压的25%，按下RUN键，持续约1min。

（3）旋转自测量

将电动机和负载脱开，处于空载状态。按下RUN键，让电动机空转约1min，转速约为额定转速的（50～80）%。

如电动机不能脱离负载，则空载电流按额定电流的40%计（I₀≈40%I_MN）。

7.2.2.3 直接转矩控制方式

1.基本思想

把给定信号分解成一个转矩信号和一个磁通信号。当实际转速高于给定值时，它就关断IGBT，使电动机因失去转矩而减速；而当实际转速低于给定值时，它又使IGBT管导通，电动机因得到转矩而加速，称为“砰—砰”控制（双位控制）。

2.主要优缺点

1）不需要SPWM发生器，结构简单，且动态响应快；

2）输出电流的谐波分量较大，冲击电流也较大，逆变器输出端常常需要接入输出滤波器或输出电抗器；

3）逆变电路的开关频率不固定，电动机的电磁噪声较大。