當(dāng)一個(gè)變頻器推銷(xiāo)員試圖賣(mài)給你一個(gè)變頻器的話，'矢量控制'一詞遲早會(huì)出現(xiàn)。早先的文章只描述了永磁電機(jī)和類(lèi)似的機(jī)器需要矢量控制。那么究竟什么是矢量控制，以及為什么它'好'？

好吧，讓我們回到最基本的。在第一篇文章中，我們描述了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的速度如何由外加頻率控制，以及磁通（產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩）如何依賴于外加電壓（在定子中產(chǎn)生磁化電流）?，F(xiàn)在，為了保持電機(jī)的最佳磁通，非矢量控制的變頻器將保持電壓和頻率之間的線性關(guān)系；也就是說(shuō)，當(dāng)頻率從標(biāo)稱值降低時(shí)，電壓按比例降低。因此，50Hz時(shí)的400V變成37.5Hz時(shí)的300V，然后是200V、25Hz等等。稍微有變化的地方，是在低頻時(shí)增加電壓來(lái)克服損耗，這也是常見(jiàn)的做法。電壓到頻率（V/ f）變頻器的基本控制如圖1所示。

圖1 V/F變頻器控制系統(tǒng)框圖

調(diào)制器將電壓和頻率需求轉(zhuǎn)換為必要的脈沖，以驅(qū)動(dòng)逆變器中的IGBT。測(cè)量的電流用于保護(hù)電機(jī)和變頻器，通過(guò)降低頻率或根據(jù)需要進(jìn)行跳閘保護(hù)。

然而，簡(jiǎn)單地保持V/F關(guān)系并不總能提供理想的性能。電機(jī)特性隨溫度變化，在低速時(shí)很難獲得正確的磁通水平。因此，變頻器制造商得嘗試測(cè)量磁化電流（磁通產(chǎn)生電流，由外加電壓設(shè)定）并相應(yīng)地調(diào)整輸出電壓，而不是依賴于線性關(guān)系。這只能起點(diǎn)效果，但為了精確控制，特別是在低速時(shí)，必須實(shí)時(shí)測(cè)量和控制產(chǎn)生磁通和轉(zhuǎn)矩的電流。因此，當(dāng)電機(jī)外加相電壓旋轉(zhuǎn)時(shí)，這些電流的位置和大小非常重要，也就是說(shuō)，它們是矢量型的值。

所以現(xiàn)在，我們不在特定設(shè)定點(diǎn)產(chǎn)生特定的電壓和頻率，而是嘗試直接控制電機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩，并不斷調(diào)整控制，以獲得我們想要的設(shè)定值。矢量變頻器的（簡(jiǎn)化的）控制系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 矢量變頻器控制系統(tǒng)框圖

從圖2中可以看出，用戶的設(shè)定點(diǎn)需求被轉(zhuǎn)換為速度和轉(zhuǎn)矩需求，以及磁場(chǎng)和磁通需求，這是矢量控制系統(tǒng)的一部分。

要做到這一切，我們需要一些相當(dāng)復(fù)雜的數(shù)學(xué)，以及精確的電流測(cè)量。我們還需要知道我們控制的電機(jī)的特性。

我們現(xiàn)在可以用功能強(qiáng)大的微處理器來(lái)計(jì)算。我們也可以憑借相當(dāng)準(zhǔn)確的霍爾效應(yīng)裝置來(lái)測(cè)量輸出（電機(jī)）電流。這些特性曾使得矢量變頻器非常昂貴，但現(xiàn)在已經(jīng)幾乎不增加變頻器的成本了。

如果你比較圖1和圖2，你會(huì)發(fā)現(xiàn)矢量控制要復(fù)雜得多。

為了確定電機(jī)的特性，我們主要依靠用戶憑借正確的信息來(lái)配置變頻器。通過(guò)將電機(jī)電流、電壓和功率因數(shù)的正確值設(shè)置成適當(dāng)?shù)膮?shù)，為變頻器提供基本信息。但是，通過(guò)運(yùn)行“自動(dòng)調(diào)諧”可以獲得額外的信息，大多數(shù)矢量變頻器在選擇矢量控制時(shí)都會(huì)要求用戶運(yùn)行此功能。在幾秒鐘內(nèi)，變頻器測(cè)量附加因素，如初級(jí)電感和定子電阻，這將有助于建立一個(gè)準(zhǔn)確的模型，使矢量控制更容易。

順便說(shuō)一句，變頻器還考慮了運(yùn)行期間電機(jī)的溫度（根據(jù)電機(jī)信息和負(fù)載計(jì)算），因?yàn)檫@會(huì)影響電機(jī)的許多特性，因此在冷卻的電機(jī)上執(zhí)行自動(dòng)調(diào)諧非常重要。

過(guò)去，為了實(shí)現(xiàn)良好、可靠的矢量控制，我們建議使用編碼器來(lái)提供精確的速度，從而提供轉(zhuǎn)子位置信息。如今，隨著數(shù)學(xué)建模的加快和改進(jìn)，編碼器已不再那么必要了。然而，在某些應(yīng)用中，如電梯和起重機(jī)，它仍然是首選。如果沒(méi)有安裝編碼器，變頻器將使用電機(jī)模型來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)子的速度和位置。

變頻器現(xiàn)在不是通過(guò)直接設(shè)置輸出頻率（如V/F控制）來(lái)控制電機(jī)速度，而是通過(guò)控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩和磁通。因此，現(xiàn)在操作器或PLC的設(shè)定值被轉(zhuǎn)換為磁通和轉(zhuǎn)矩要求，如圖2所示。換言之，變頻器說(shuō)“根據(jù)對(duì)電機(jī)的了解，我們需要多少轉(zhuǎn)矩和磁通量來(lái)保持所要求的速度？由于變頻器直接控制轉(zhuǎn)矩和磁通，因此與傳統(tǒng)的V/F操作相比，其性能得到了改善。矢量變頻器對(duì)突發(fā)負(fù)載的響應(yīng)更好，通常效率更高，并且可以更容易地控制不同類(lèi)型的電機(jī)，如前一篇文章中描述的永磁電機(jī)和同步磁阻電機(jī)。速度調(diào)節(jié)也更好，因?yàn)榛钍亲詣?dòng)計(jì)算的。

圖2還顯示了輸出電流在變頻器內(nèi)部受到監(jiān)控，并分成產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩和磁通的部分。這些測(cè)量值被反饋到轉(zhuǎn)矩和磁通控制器中，因此我們對(duì)這些電流進(jìn)行閉環(huán)控制，包括求和點(diǎn)、增益等，其方式與其他閉環(huán)控制器相同（參見(jiàn)先前關(guān)于閉環(huán)控制的文章）。

因?yàn)槲覀儨y(cè)量所有三個(gè)電流，所以需要將它們轉(zhuǎn)換并分成一個(gè)磁通電流（即磁化電流）和一個(gè)轉(zhuǎn)矩電流（即負(fù)載電流）。這些數(shù)學(xué)變換還用于將磁通和轉(zhuǎn)矩需求的電流（從設(shè)定點(diǎn)和求和點(diǎn)）轉(zhuǎn)換回三相，然后轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)逆變器功率部分的調(diào)制信號(hào)。

您還將注意到，估計(jì)的速度（根據(jù)磁通和轉(zhuǎn)矩電流以及電機(jī)模型計(jì)算）在第三個(gè)閉環(huán)中反饋，這次是控制電機(jī)速度。

因此，矢量控制系統(tǒng)需要大量的測(cè)量和計(jì)算，包括三個(gè)閉環(huán)控制器。在矢量控制的早期，很難穩(wěn)定所有的東西，有些變頻器很難可靠地設(shè)置和運(yùn)行，特別是沒(méi)有編碼器的情形。如今對(duì)電機(jī)模型的更好理解使得矢量控制簡(jiǎn)單可靠。

矢量控制提供了更好的速度保持能力，更好的響應(yīng)負(fù)載突然變化的能力，以及大大提高了在低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩。電機(jī)運(yùn)行效率更高，發(fā)熱更少。

英泰變頻器一直致力于提供簡(jiǎn)單，有效且易于設(shè)置的矢量控制。P2變頻器現(xiàn)在提供全面的矢量控制功能，如轉(zhuǎn)矩控制功能和低速時(shí)出色的轉(zhuǎn)矩輸出能力。E3變頻器則包含一個(gè)簡(jiǎn)化的矢量控制，以提高性能。

對(duì)于任何變頻器，請(qǐng)記住設(shè)置正確的電機(jī)參數(shù)并遵循設(shè)置程序。這在使用永磁、同步磁阻和類(lèi)似電機(jī)時(shí)尤為重要。不過(guò)別擔(dān)心，我們的網(wǎng)站里有很多的幫助手冊(cè)和應(yīng)用指南。