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变频器矢量控制有哪些应用和优势?

通用型变频器 带矢量控制模式,不仅能在速度范围内匹配DC电机,还能控制异步电机产生的转矩。因为矢量控制模式是基于被控异步电机的精确参数,所以有些电机通用变频器需要精确输入异步电机的参数,有些则需要使用速度传感器和编码器。由于电机参数可能发生变化,这会影响到对电机的控制性能。根据辨识结果,可以调整控制算法中的相关参数,从而对普通异步电机进行有效的矢量控制。


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异步电机矢量控制变频调速系统的开发,使异步电机的调速达到了与DC电机相当的高精度和快速响应性能。异步电机的机械结构比DC电机简单牢固,转子没有碳刷滑环等电接触点,应用前景十分广阔。其优点和适用范围总结如下:


1.矢量控制系统的优点:


动态“快速响应”DC电机受整流限制,不允许过高的di/dt。异步电机只受逆变器容量的限制,强制电流的倍数可以很高,所以速度响应快,一般达到毫秒级,在快速性上已经超过了DC电机。


低频时转矩增加一般为VFD(VVVF控制)。低频时,转矩往往低于额定转矩,5Hz以下不能满负荷工作。而矢量控制VFD可以保持磁通不变,转矩与之成线性关系,因此可以在极低频率下使电机的转矩高于额定转矩。


控制的灵活性DC电机常根据不同的负载对象选择他励、串励、复合励等形式。它们具有不同的控制特性和机械特性。在异步电机的矢量控制系统中,同一台电机可以输出不同的特性。通过使用不同的函数发生器作为系统中的磁通调节器,可以获得他励或串励DC电动机的机械特性。


采用矢量控制,电机在低速时的输出转矩,如(无速度传感器)1Hz(对于4极电机,其转速约为30r/min)可达到电机在50Hz时的输出转矩(最大约为额定转矩的150%)。


对于常规的V/F控制,电机的压降随着电机转速的降低而增大,导致励磁不足,使电机不能获得足够的旋转力。为了弥补这一不足,VFD需要提高电压来补偿电机降速造成的电压降。VFD的这个功能叫做“扭矩提升”。


转矩提升功能是增加VFD的输出电压。然而,即使输出电压增加很多,电动机转矩也不能相应地增加到其电流。因为电机电流包含了电机产生的转矩分量和其他分量(如励磁分量)。


矢量控制分配电机的电流值,从而确定电机电流分量和产生转矩的其他电流分量(如励磁分量)的值。


矢量控制可以通过响应电机端的压降来优化补偿,在不增加电流的情况下让电机产生大转矩。该功能对于改善电机低速时的温升也是有效的。


        2.矢量控制系统的应用范围


        要求高速响应的工作机械:比如工业机器人驱动系统的速度响应至少需要100rad/s,矢量控制驱动系统的最大速度响应可以达到1000rad/s,保证机器人驱动系统快速准确的工作。

   

         适应恶劣的工作环境:如造纸机、印染机等要求在高湿、高温、腐蚀性气体环境下工作,异步电机比DC电机更适合。

3.高精度电气传动:如钢板卷取机属于恒张力控制,对电气传动的动静态精度要求高,可在高速(弱磁)、低速(点动)、停车时强制制动。异步电动机应用矢量控制后,静态容差为0.02%,完全可以取代V-M DC调速系统。

4.四象限运行:比如以前高速电梯的曳引由DC驱动,现在逐渐被异步电机矢量控制变频调速系统取代。

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