变频器矢量控制和V/F控制在一台电动机上的应用

樊 磊

山东省章丘市济钢集团耐火材料有限责任公司炉料分厂 250200

1 两类控制方式比较

1.1 V/F控制方式：

1.1.1 优点：普通型V/F通用变频器是转速开环控制，无需速度传感器，控制电路比较简单，电机选择通用标准异步电动机，因此通用性比较强，性能/价格比比较高。

1.1.2 缺点：

1.1.2.1 不能恰当的调整转矩补偿和适应负载转矩的变化。

普通V/F通用变频器常用两种方法实现转矩提升功能：一种是在存储器中存入多种V/F函数的不同曲线图形，用户人为选择最佳曲线；另一种是根据定子电流的大小自动补偿定子电压。选V/F曲线很难恰当调整电动机转矩，负载冲击或启动过快，有时会引起过电流跳闸。由于定子电流不总是与转子电流成正比，所以根据定子电流调节变频器电压并不反映负载转矩。因此，定子电压不能根据负载转矩的改变而恰当的改变电磁转矩。特别是在低速下，定子电压的设定值较小，实现准确补偿是困难的。由于定子电阻压降虽负载变化，当负载较重时可能补偿不足；较轻时可能产生过补偿，磁路过饱和。这两种情况均可能引起变频器过电流跳闸。

1.1.2.2 无法准确地控制电动机的实际转速。

由于普通V/F通用变频器是转速开环控制，由异步电动机的机械特性可知，设定值为定子频率也就是理想空载转速，而电动机的实际转速由转差率（负载）所决定，所以V/F控制方式存在稳态误差不能控制，无法准确控制电机准确电机的实际转速。

1.1.2.3 转速极低时，由于转矩不足而无法克服较大的静摩擦力。

1.2 矢量控制方式：

分为无速度传感器矢量控制、有速度传感器控制，这种矢量控制调速装置可以精确设定和调节电动机的转矩，可以实现对转矩的限幅控制，因而性能较高，受电机参数变化的影响较小。若调速范围不大，在1：10的速度范围内，常采用无速度传感器方式，转速/电流的实际值可以利用由微型机支持的对异步电动机进行模拟的仿真模型来计算；

若调速范围较大，即在极低的转速下也要求具有高动态性能和高转速精度时，采用有速度传感器方式，可采用脉冲式速度传感器，但安装麻烦，是整个传动系统中最不可靠环节。

采用矢量控制调速可与直流电动机调压时的调速性能相媲美。

2 济钢炼铁厂二号高炉卷扬拖动现状

2.1 主变频器采用美国AB公司生产的型号：AB1336PLUSⅡ，112KW，采用无速度传感器的矢量控制，2005年8月份调试使用，属于修旧利废。备用变频器采用日本三垦Samco-i系列，型号：IPF-132K，132KW，采用V/F控制方式。控制电机型号：YZR315M-10，75KW。两套变频器能够切换。

2.2 卷扬上料系统要求变频器启动时全速启动，减速时两级减速，要求启动转矩足够，且不能过流，实现准确停车。上料PLC系统输出信号控制变频器动作，变频器工作状态反馈到PLC输入控制PLC输出，实现变频器与PLC闭环控制。两套变频器用一套PLC程序控制。

3 三垦变频器V/F控制和AB变频器矢量控制在实际使用中的性能比较

表1 两种控制方式运行对比

3.1 采用矢量控制，电机启动电流明显减小，这样对电机线圈的电流冲击明显减小，对电机启动时的抱闸机械冲击明显减小。保护设备。

3.2 采用矢量控制，加速电流基本无变化，全速电流减少明显，减速电流有少量减少，可以精确设定和调节电动机的转矩，可以实现对转矩的限幅控制，因而性能较高，受电机参数变化的影响较小。转速/电流的实际值对异步电动机进行模拟的仿真模型来计算，准确可靠，节能明显。

3.3 采用矢量控制，电机加减速/运行中噪音明显减少，即电机线圈中无功能量的交换减少，使电机发热降低，减少电机的功率损耗，使变频器逆变部分对外干扰明显降低。

3.4 采用矢量控制，基频（50HZ）以上调速与以下调速方式一致，解决了V/F控制方式下，基频（50HZ）以上与以下调速，变频器输出恒功率和恒转矩状态下带来的一系列问题。

4 变频器参数调整

变频器参数调整至关重要，有些参数要经过实践反复调整。

4.1 三垦V/F控制变频器较关键参数：

4.1.1 转矩补偿：在低频区，为了补偿电机所产生的转矩不足，如果转矩提升过快，则会形成过电流状态，一般取3%左右。

4.1.2 启动频率：为变频器开始启动的频率，频率小于启动频率，变频器不会运转。启动频率越大，转矩大，易过流。一般取2HZ～4HZ 。

4.1.3 启动延迟时间：从运转信号来到变频器启动之间的时间。该值可设定为零，若设定较大数值，易造成变频器过流。

4.1.4 加减速时间，加减速点由电子主令参数控制，由于采用开环控制，加减速时间要在实践中反复摸索，即不能造成过流，又保证减速停车。

4.2 AB矢量控制变频器较关键参数：

4.2.1 加减速时间，变频器采用智能化控制，能根据设定时间自动调整。并且加速中电流数值分布均匀，减速中电流略有减小。

4.2.2 进行矢量控制首先根据电机空载时自动读入磁通电流、电压数值，建立矢量控制数学模型。同型号电机也要分别进行磁通参数自动识别。

4.2.3 变频器输出采用数字输出电流的30%输出，供PLC控制，该值是调整输出转矩的关键参数。

5 PLC控制变频器传动系统注意事项及故障分析

5.1 在电源输入侧加装交流电抗器。变频器功率因数在有输入交流电抗器时约为0.8～0.85，没有输入交流电抗器时约为0.6～0.8。除能改善功率因数外，还能抑制输入电路中的浪涌电流，并能电源电压不平衡的影响，能改善变频器运行质量和滤波。

5.2 采用性能优越的变频器，性能好的变频器自身滤波功能强，能减少对外界干扰。

5.3 当变频器选定后，尽可能提高被干扰对象的抗干扰能力，例如：我厂2000年1号高炉料车频繁出现超卷掉道现象，检查系统正常，最后确认变频器对PLC220伏输出模块产生干扰，造成断电延时，料车超卷，在PLC输出模块输出端并接阻容吸收回路解决。2005年2月2号高炉改造初期，料车间断出现中途停车现象，将停车因素程序监控，没发现问题，最后检查PLC主机外壳接地电阻较大，重新处理使接地电阻小于4欧姆后系统正常。另外，控制线采用屏蔽线，来削弱电磁感应和静电感应；控制线尽可能与电源线分开；变频器输入/输出安装滤波器等隔离措施，都能将变频器传送到被干扰对象的干扰信号减弱。

5.4 变频器运转必须与PLC控制实现闭环控制，PLC控制变频器硬线连接环节尽可能减少，当环节增多时，接触电阻增大，当大到一定值时，变频器无法识别运转信号是否到来，造成变频器误动作。例如：我厂2号高炉2005年8月份料车溜车现象就是变频器与PLC没有实行闭环控制，硬线控制环节过多造成料车溜车，万幸的是，料车没有从斜桥顶部掉下，否则后果不堪设想。

6 结语

综上比较实际运用中的情况，建议在较精确控制模式下，首先采用矢量控制模式，但带矢量控制的变频器价格较高。