轉(zhuǎn)矩控制矢量控制

1、轉(zhuǎn)矩限制、矢量限制和VF限制解析1 .變轉(zhuǎn)矩就是負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨電機(jī)轉(zhuǎn)速增大而增大,是非線性變化的,如風(fēng)機(jī)水泵恒轉(zhuǎn)矩就是負(fù)載轉(zhuǎn)矩不隨電機(jī)轉(zhuǎn)速增大而增大,一般是相對于恒功率限制而言.如皮帶運(yùn)輸機(jī)提升機(jī)等機(jī)械負(fù)載2 .VF限制就是變頻器輸出頻率與輸出電壓比值為恒定值或正比.例如：50HZ時(shí)輸出電壓為380V,25HZ時(shí)輸出電壓為190V即恒磁通控制；轉(zhuǎn)矩不可控,系統(tǒng)只是一個(gè)以轉(zhuǎn)速物理量做閉環(huán)的單閉環(huán)限制系統(tǒng),他只能限制電機(jī)的轉(zhuǎn)速根據(jù)電機(jī)原理可知,三相異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢的有效值：E1=4.44f1N1m式中：E1-定子每相由氣隙磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢的有效值,V;f1-定子頻率,Hz;N1定子每相繞組有效匝

2、數(shù)；m-每極磁通量由式中可以看出,m的值由E1/f1決定,但由于E1難以直接限制,所以在電動(dòng)勢較高時(shí),可忽略定子漏阻抗壓降,而用定子相電壓U1代替.那么要保證m不變,只要U1/f1始終為一定值即可.這是基頻以下調(diào)時(shí)速的根本情況,為恒壓頻比恒磁通限制方式,屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速.基準(zhǔn)頻率為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)的最高頻率,基準(zhǔn)頻率所對應(yīng)的電壓為即為基準(zhǔn)電壓,是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)的最高電壓,在基頻以下調(diào)速時(shí),電壓會(huì)隨頻率而變化,但兩者的比值不變.在基頻以上調(diào)速時(shí),頻率從基頻向上可以調(diào)至上限頻率值,但是由于電機(jī)定子不能超過電機(jī)額定電壓,因此電壓不再隨頻率變化,而保持基準(zhǔn)電壓值不變,這時(shí)電機(jī)主磁通必須隨頻率升高而減弱,轉(zhuǎn)矩相

3、應(yīng)減小,功率根本保持不變,屬于恒功率調(diào)速區(qū).3 .矢量限制,把輸出電流分勵(lì)磁和轉(zhuǎn)矩電流并分別限制,轉(zhuǎn)矩可控,系統(tǒng)是一個(gè)以轉(zhuǎn)矩做內(nèi)環(huán),轉(zhuǎn)速做外環(huán)的雙閉環(huán)限制系統(tǒng).它既可以限制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,也可以限制電機(jī)的扭矩.矢量限制時(shí)的速度限制ASR通過操作轉(zhuǎn)矩指令,使得速度指令和速度檢出值PG的反應(yīng)或速度推定值的偏差值為0.帶PG的V/f限制時(shí)的速度限制通過操作輸出頻率,使得速度指令和速度檢出值PG的反應(yīng)或速度推定值的偏差值為0.矢量限制原理是模仿直流電動(dòng)機(jī)的限制原理,根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,利用一系列坐標(biāo)變換把定子電流矢量分解為勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量,對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流分量和勵(lì)磁分量分別進(jìn)行限制,在轉(zhuǎn)子磁場

4、定向后實(shí)現(xiàn)磁場和轉(zhuǎn)矩的解耦,從而到達(dá)限制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的,使異步電機(jī)得到接近他勵(lì)直流電機(jī)的限制性能./具體做法是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量勵(lì)磁電流和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量轉(zhuǎn)矩電流分別加以控制,并同時(shí)限制兩分量間的幅值和相位,即限制定子電流矢量,所以稱這種限制方式稱為矢量限制方式.矢量限制分有速度傳感器矢量限制和無速度傳感器矢量限制兩種,前者精度高后者精度低.矢量限制系統(tǒng)的無速度傳感器運(yùn)行方式,首先必須解決電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子磁鏈位置角的在線辨識問題.常用的方法有基于檢測定子電流信號的辨識方法,有同時(shí)使用電流檢測信號和電壓檢測信號的辨識方法,還有根據(jù)電流檢測信號和逆變器的開關(guān)限

5、制信號重構(gòu)電壓信號的方法.基于藍(lán)海華騰變頻器V6-H說明書作以上說明1 .V/F限制方式2 .變頻器采用V/F限制方式時(shí),對電機(jī)參數(shù)依賴不大,一般強(qiáng)調(diào)空載電流的大小.由于我們采用矢量化的V/F限制方式,故做電機(jī)參數(shù)靜止自整定還是有必要的.不同功率段的變頻器,自學(xué)習(xí)后的空載電流占額定電流大小百分比也是不同的.3 .一般有如下百分比數(shù)據(jù)：5.5kW15kW,空載電流P9.05的值為30%50%的電機(jī)額定電流；3.7kW及以下的,空載電流P9.05的值為50%左右的電機(jī)額定電流；特殊情況時(shí),0.4kW、0.75kW、1.5kW,空載電流P9.05的值為70%80%的電機(jī)額定電流；有的0.75kW功率

6、段,參數(shù)自整定后空載電流為電機(jī)額定電流的90%.空載電流很大,勵(lì)磁也越大.4 .何為矢量化的V/F限制方式,就是在V/F限制時(shí)也將輸入電流量進(jìn)行解耦限制,使限制更加精確.5 .變頻器輸出電流包括兩個(gè)值：空載電流和力矩電流,輸出電流I的值為空栽電流Im和力矩電流It平方和后開2次方.故空載電流是影響變頻器輸出電流的主要因素之一.6 .V/F限制時(shí)輸出電壓與運(yùn)行頻率之比為一定值：即U/F=KK為常數(shù),P0.12=最大輸出電壓U,P0.15=基頻F.上圖中有個(gè)公式,描述轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率之間的關(guān)系.變頻器在基頻以下運(yùn)行時(shí),隨著速度增快,可以輸出恒定的轉(zhuǎn)矩,速度增大不會(huì)影響轉(zhuǎn)矩的輸出；變頻器在基頻以上運(yùn)

7、行時(shí),只能保證輸出額定的功率,隨著轉(zhuǎn)速增大,變頻器不能很好的輸出足夠大的力；有時(shí)候變頻器速度更快,高速運(yùn)行時(shí),處于弱磁區(qū),我們必須設(shè)置相應(yīng)的參數(shù),以便讓變頻器適應(yīng)弱磁環(huán)境.速度與出力,高速或者低速時(shí),兩者不可兼得,這里有個(gè)數(shù)據(jù)概念：調(diào)速范圍,指滿足額定轉(zhuǎn)矩出力的最低頻率與最高頻率的比值.以前一般的VF限制方式調(diào)試范圍為1:201:40,我司產(chǎn)品V/F限制調(diào)速范圍可以到達(dá)1:100,能夠滿足更多范圍的行業(yè)應(yīng)用.在開環(huán)矢量時(shí)可以到達(dá)1:200,閉環(huán)矢量時(shí)到達(dá)1:1000,接近伺服的性能.變頻器V/F限制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),有兩種方式進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的提升：1、自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升:必須在P0.16=0且P4.00=0時(shí),

8、自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升才有效.其作用為:變頻器V/F限制低頻運(yùn)行時(shí),提升輸出電壓,抵消定子壓降以產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)矩,保證電機(jī)正常運(yùn)行.自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升與變頻器設(shè)置空載電流和靜止學(xué)習(xí)的定子電阻有關(guān)系,變頻器必須作電機(jī)參數(shù)靜止自整定,才能更好的限制電機(jī)運(yùn)行.變頻器作自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升限制電機(jī)時(shí),見上圖所示輸出電壓和頻率的線性關(guān)系,運(yùn)行中由于負(fù)載變化對電壓輸出作適當(dāng)?shù)脑鰷p,由于響應(yīng)時(shí)間的快慢,所以會(huì)出現(xiàn)出力不穩(wěn)定因素.2、手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升設(shè)置P0.16為某一數(shù)值時(shí),或者設(shè)置P4.00為非零時(shí),手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升才有效.手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升只與變頻器設(shè)置空載電流有關(guān)系,受電機(jī)其他參數(shù)設(shè)置影響較小.如下列圖所示,為手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升曲線圖.變頻器輸出

9、作手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升,其轉(zhuǎn)矩出力在原來根底上成線性增加,所以出力穩(wěn)定,不受負(fù)載變化的影響,出力穩(wěn)定.但是轉(zhuǎn)矩提升不益太大,轉(zhuǎn)矩提升的幅度應(yīng)根據(jù)負(fù)載情況適當(dāng)設(shè)定,提升過多,在啟動(dòng)過程中將產(chǎn)生較大的電流沖擊.自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升只能滿足一拖一的輸出情況,當(dāng)涉及一臺變頻器拖動(dòng)多臺電機(jī)時(shí),V/F限制時(shí)必須采用手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升,即設(shè)置P0.16為非0值.V/F限制時(shí)的有關(guān)性能參數(shù)調(diào)試:PA.02為V/F限制轉(zhuǎn)差補(bǔ)償增益,設(shè)置此參數(shù)時(shí),可以參考電機(jī)額定轉(zhuǎn)速P9.02來設(shè)定參數(shù).該功能有助于變頻器在負(fù)載波動(dòng)及重載情況下保持電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定,即補(bǔ)償由于負(fù)載波動(dòng)而導(dǎo)致的電機(jī)轉(zhuǎn)速增減,但是由于補(bǔ)償本身的響應(yīng)時(shí)間問題,導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定

10、因素增多,在系統(tǒng)波動(dòng)較大的情況下,此功能碼設(shè)置為0有一定效果.PA.04、PA.05為電流限定功能,由于瞬時(shí)負(fù)載過大而導(dǎo)致系統(tǒng)沒法正常運(yùn)行,可以適當(dāng)增大PA.05限定值.V/F限制涉及到以上注意要點(diǎn)和關(guān)鍵功能碼.2 .矢量限制方式變頻器作矢量限制時(shí),對電機(jī)參數(shù)的依賴很大,所以必須對電機(jī)作旋轉(zhuǎn)自整定,參數(shù)自整定前,必須設(shè)置正確的電機(jī)機(jī)型參數(shù),完全脫開電機(jī)負(fù)載.Pd.01、Pd.02、Pd.03、Pd.04、Pd.05、Pd.15、Pd.16參數(shù)說明：下列圖所示為速度環(huán)比例增益與積分時(shí)間、電流環(huán)比例系數(shù)與積分系數(shù)調(diào)節(jié).Pd.01Pd.05為速度環(huán)比例增益與積分時(shí)間調(diào)節(jié)參數(shù),設(shè)置Pd.05=5HZ,

11、當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率大于5HZ的時(shí)候,Pd.01、Pd.02調(diào)節(jié)參數(shù)起作用；當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率小于5HZ的時(shí)候,Pd.03、Pd.04調(diào)節(jié)參數(shù)起作用.運(yùn)行參數(shù)輸出T與比例增益P成正比,與積分時(shí)間I成反比,所以Pd.01Pd.04四組參數(shù),P設(shè)置越大,I設(shè)置越小,那么T就越大,變頻器限制電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)就越快,此時(shí)速度環(huán)輸入頻率與反應(yīng)頻率一旦有頻率差,系統(tǒng)就響應(yīng)迅速.但是響應(yīng)太快了會(huì)導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)震蕩非常厲害.舉例：某現(xiàn)場,Pd.01和Pd.03為出廠值2或3,此兩參數(shù)設(shè)置在5HZ上下時(shí)的比例增益P.開始調(diào)試,進(jìn)行參數(shù)自學(xué)習(xí),作矢量限制,設(shè)置P0.03=4,點(diǎn)運(yùn)行,此時(shí)電機(jī)震動(dòng)非常厲害,電流很大,運(yùn)行根本不正常

12、.后來設(shè)置Pd.01=1和Pd.03=1,然后再運(yùn)行電機(jī),運(yùn)行很穩(wěn)定,無任何異常情況.這里我們讓動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢了,那么系統(tǒng)響應(yīng)慢些了,頻率及電流輸出就穩(wěn)定些了.但是調(diào)試根本原那么是,在系統(tǒng)無震蕩的前提下工響應(yīng)越快越好,也就是Pd.01和Pd.03越大,Pd.02和Pd.04越小,響應(yīng)就越快,越好.由于實(shí)時(shí)跟蹤反應(yīng)的速度,然后作出頻率及電流、轉(zhuǎn)矩輸出調(diào)整,這是開環(huán)矢量型變頻器限制出力穩(wěn)定性的根本要求.一般小功率的變頻器帶電機(jī)場合,需要適當(dāng)減小Pd.01和Pd.03,增大Pd.02和Pd.04,這樣更能適應(yīng)現(xiàn)場的調(diào)試工作,當(dāng)然是根據(jù)具體情況來調(diào)節(jié)數(shù)據(jù),不能一概而論.Pd.15和Pd.16為電流環(huán)比例

13、系數(shù)和積分系數(shù).下列圖所示電流環(huán)調(diào)節(jié)過程.在電流環(huán)調(diào)整時(shí),比例系數(shù)P、積分系數(shù)I越大,對系統(tǒng)作用越強(qiáng).一般此兩參數(shù)不作更改.舉例：1、某現(xiàn)場測試,變頻器帶一臺電機(jī)空載,作旋轉(zhuǎn)自學(xué)習(xí)以后,矢量限制,點(diǎn)運(yùn)行.電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行著,只是電機(jī)內(nèi)部會(huì)發(fā)出嗡嗡的聲音,感覺電機(jī)軸在內(nèi)部遇到什么阻礙,象棉花塞著了一樣,我們觀察電機(jī)輸出空載電流,比通常情況電流輸出要高一些,系統(tǒng)不會(huì)有大的抖動(dòng)和震動(dòng),就只出現(xiàn)上面文字說明的情況,也不嚴(yán)重,但是就是與正常情況有點(diǎn)區(qū)別.后來我們更改Pd.15和Pd.16參數(shù)由1000變成400,然后再運(yùn)行電機(jī),此時(shí)有明顯效果,電流偏小了,與正常運(yùn)行電流一致了,也沒有嗡嗡的聲響了.此時(shí)我們調(diào)

14、節(jié)參數(shù)把電流環(huán)作用減弱了,響應(yīng)不是那么快了,然后能滿足此電機(jī)的正常運(yùn)行.2、當(dāng)現(xiàn)場限制需要高速運(yùn)行,超過基頻50HZ舉例,那么電機(jī)進(jìn)入弱磁場區(qū)域,存在系統(tǒng)震蕩,那么此時(shí)可以把Pd.16由1000減小為0,讓電流環(huán)積分增益I作用為0,此時(shí),弱磁區(qū)高速運(yùn)行就不存在問題了,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定無震蕩.Pd.08、Pd.09參數(shù)說明:此兩個(gè)參數(shù)分別對驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行限定,值越大,那么變頻器啟動(dòng)瞬間輸出的瞬間轉(zhuǎn)矩力就越大,VF限制和矢量控制時(shí)加減速響應(yīng)時(shí)間越快.Pd.14參數(shù)說明：此功能設(shè)置欲激磁時(shí)間,欲激磁是在電機(jī)啟動(dòng)前事先建立起磁通,以到達(dá)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)快速響應(yīng)的目的.當(dāng)有運(yùn)行指令時(shí),先按本功能碼設(shè)定的時(shí)

15、間進(jìn)入欲激磁狀態(tài),磁通建立起來后,再進(jìn)入正常的加速運(yùn)行.在不影響加速的情況下,此參數(shù)設(shè)置的越長,那么電機(jī)起動(dòng)出力越好.我們出廠值設(shè)置為0.3S,有些電機(jī)可以設(shè)置為0,不需要預(yù)激磁.在實(shí)際調(diào)試過程中,適當(dāng)增加點(diǎn)預(yù)激磁時(shí)間,對限制電機(jī)有一定的效果.Pd.17、Pd.18此兩個(gè)參數(shù)分別設(shè)置電機(jī)在電動(dòng)、發(fā)電時(shí)的轉(zhuǎn)差補(bǔ)償.調(diào)試此兩個(gè)參數(shù)時(shí),需要與P9.02、P0.15作配合調(diào)試.Pd.17在矢量開環(huán)、矢量閉環(huán)、電動(dòng)狀態(tài)時(shí)有效,比方機(jī)床加速可調(diào)試此參數(shù).Pd.18在矢量開環(huán)、矢量閉環(huán)、發(fā)電制動(dòng)時(shí)有效,比方機(jī)床減速可調(diào)試此參數(shù).Pd.21、Pd.22、Pd.23、Pd.24此四組參數(shù)在閉環(huán)矢量限制時(shí)設(shè)置相關(guān)的參數(shù).Pd.25、Pd.26、Pd.27在閉環(huán)矢量限制時(shí)實(shí)現(xiàn)零伺服功能.Pd.33該參數(shù)對恒功率區(qū)的轉(zhuǎn)矩限定進(jìn)行補(bǔ)償.改變該參數(shù)可以優(yōu)化變頻器運(yùn)行在恒功率區(qū)的加減速時(shí)間和輸出轉(zhuǎn)矩.舉例：在機(jī)床開環(huán)矢量調(diào)試時(shí),機(jī)床要求速度到3000到4000轉(zhuǎn)每分鐘,但是調(diào)試時(shí)速度只能到達(dá)3000轉(zhuǎn),然后速度就上不去了,并且速度會(huì)緩緩降下來.我們把Pd.33由40減為0后,速度很容易就上去了,無任何問題出現(xiàn).矢量限制涉及到以上注意要點(diǎn)和關(guān)鍵功能碼.3 .轉(zhuǎn)矩限制方式Pd.15、Pd.16在轉(zhuǎn)矩限制時(shí),速度環(huán)比例增益和積分時(shí)間Pd.01Pd.05無效；電流環(huán)比例系數(shù)和積分