变频器实现矢量控制的构想

    为了实现矢量控制的目的，需要将三相电流按坐标变换的方法变换成两相电流，在两相坐标系上确定电动机的转矩电流和励磁电流大小并分别进行控制，再将两相电流变换成三相电流设定值，然后采用电流闭环控制实际电流。

    这里涉及3/2、2/3变换的计算，可以这样来理解。设想以产生同样的旋转磁场为准则，在三相坐标系下的定子交流电流iA、iB、iC，通过3／2（三相／两相）变换，可以等效成两相静止坐标系下的交流电流iα1-、iβ1，再通过按转子磁场定向的旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系下的直流电流im1、it1。如果观察者站到铁芯上与坐标系一起旋转，他所看到的便是一台直流电动机，原交流电动机的转子总磁通Φ就是等效直流电动机的磁通。im1相当于励磁电流，it1相当于与转矩成正比的电枢电流。

    把上述等效关系用结构图形式画出来，便得到图2-36。从整体上看，是一台输人为A、B、C三相电压，输出为转速ω的异步电动机。但从内部看，经过3／2变换和VR同步旋转变换，变成一台由im1、it1输入、ω输出的直流电动机。可以想象矢量控制调速系统的静、动态性能应该完全能够与直流调速系统相媲美。

    由图2-36的构想可得幽如下几点结论。

    ①矢量控制变频调速系统是带转速闭环的变频器，具有和直流调速一样的高精度、高动态性能。但随之带来的缺点是需要安装价格较高的数字测速计。此外，3／2变换、VR旋转变换、相位角ψ的大小均需进行复杂的计算，不仅需测出电动机参数，还含有微分和积分运算，因此，对控制的要求较高。

②矢量控制变频器的通用性差。因为在计算im、i1、ψ时需要用到电动机参数，如互感、定子和转子电阻、电感等，因此，早期的矢量控制变频器要配专用的电动机，电动机型号改变或功率改变、电动机温升变化都会影响到im、i1、ψ的计算，使矢量控制状态被破坏。20世纪90年代后发展的参数自检测和参数自适应控制，使通用性问题基本得到解决。

    图2-36异步电动机的坐标变换结构图

    ③矢量控制变频器从机理上说，也是一个变压变频控制系统，能准确地保持电动机的恒磁通、恒转矩，使任何时刻Eg/f为常数（Eg为转子反电动势）。它之所以能做得比VVVF系统好，是因为进行了定子电流il的瞬时值控制，不仅控制Il的幅值，，（调压），而且控制了il的相位ψ。由于ω1=2πf1，ω1=dψ/dt，故ψ与电动机的频率（转速）有关。此外，它也比转差频率控制变频器做得好，后者虽然也是速度闭环系统，不断地调节Il（调压）和ω1（变频），但是Il值是电流的平均值，调节速度没有瞬时值快，故矢量控制理所当然地淘汰了转差频率控制并逐步代替VVVF控制。

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