當一個變頻器推銷員試圖賣給你一個變頻器的話，'矢量控制'一詞遲早會出現(xiàn)。早先的文章只描述了永磁電機和類似的機器需要矢量控制。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)電動機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）。現(xiàn)在，為了保持電機的最佳磁通，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，當頻率從標稱值降低時，電壓按比例降低。因此，50Hz時的400V變成37.5Hz時的300V，然后是200V、25Hz等等。稍微有變化的地方，是在低頻時增加電壓來克服損耗，這也是常見的做法。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)動逆變器中的IGBT。測量的電流用于保護電機和變頻器，通過降低頻率或根據(jù)需要進行跳閘保護。

然而，簡單地保持V/F關(guān)系并不總能提供理想的性能。電機特性隨溫度變化，在低速時很難獲得正確的磁通水平。因此，變頻器制造商得嘗試測量磁化電流（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。這只能起點效果，但為了精確控制，特別是在低速時，必須實時測量和控制產(chǎn)生磁通和轉(zhuǎn)矩的電流。因此，當電機外加相電壓旋轉(zhuǎn)時，這些電流的位置和大小非常重要，也就是說，它們是矢量型的值。

所以現(xiàn)在，我們不在特定設(shè)定點產(chǎn)生特定的電壓和頻率，而是嘗試直接控制電機磁通和轉(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)定點需求被轉(zhuǎn)換為速度和轉(zhuǎn)矩需求，以及磁場和磁通需求，這是矢量控制系統(tǒng)的一部分。

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

我們現(xiàn)在可以用功能強大的微處理器來計算。我們也可以憑借相當準確的霍爾效應(yīng)裝置來測量輸出（電機）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，你會發(fā)現(xiàn)矢量控制要復(fù)雜得多。

為了確定電機的特性，我們主要依靠用戶憑借正確的信息來配置變頻器。通過將電機電流、電壓和功率因數(shù)的正確值設(shè)置成適當?shù)膮?shù)，為變頻器提供基本信息。但是，通過運行“自動調(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都會要求用戶運行此功能。在幾秒鐘內(nèi)，變頻器測量附加因素，如初級電感和定子電阻，這將有助于建立一個準確的模型，使矢量控制更容易。

順便說一句，變頻器還考慮了運行期間電機的溫度（根據(jù)電機信息和負載計算），因為這會影響電機的許多特性，因此在冷卻的電機上執(zhí)行自動調(diào)諧非常重要。

過去，為了實現(xiàn)良好、可靠的矢量控制，我們建議使用編碼器來提供精確的速度，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，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，它仍然是首選。如果沒有安裝編碼器，變頻器將使用電機模型來計算轉(zhuǎn)子的速度和位置。

變頻器現(xiàn)在不是通過直接設(shè)置輸出頻率（如V/F控制）來控制電機速度，而是通過控制電機轉(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“根據(jù)對電機的了解，我們需要多少轉(zhuǎn)矩和磁通量來保持所要求的速度？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。矢量變頻器對突發(fā)負載的響應(yīng)更好，通常效率更高，并且可以更容易地控制不同類型的電機，如前一篇文章中描述的永磁電機和同步磁阻電機。速度調(diào)節(jié)也更好，因為滑差是自動計算的。

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。這些測量值被反饋到轉(zhuǎn)矩和磁通控制器中，因此我們對這些電流進行閉環(huán)控制，包括求和點、增益等，其方式與其他閉環(huán)控制器相同（參見先前關(guān)于閉環(huán)控制的文章）。

因為我們測量所有三個電流，所以需要將它們轉(zhuǎn)換并分成一個磁通電流（即磁化電流）和一個轉(zhuǎn)矩電流（即負載電流）。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)定點和求和點）轉(zhuǎn)換回三相，然后轉(zhuǎn)換為驅(qū)動逆變器功率部分的調(diào)制信號。

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

因此，矢量控制系統(tǒng)需要大量的測量和計算，包括三個閉環(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)置和運行，特別是沒有編碼器的情形。如今對電機模型的更好理解使得矢量控制簡單可靠。

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

英泰變頻器一直致力于提供簡單，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出色的轉(zhuǎn)矩輸出能力。E3變頻器則包含一個簡化的矢量控制，以提高性能。

對于任何變頻器，請記住設(shè)置正確的電機參數(shù)并遵循設(shè)置程序。這在使用永磁、同步磁阻和類似電機時尤為重要。不過別擔心，我們的網(wǎng)站里有很多的幫助手冊和應(yīng)用指南。