變頻器矢量控制和V/F控制在一臺電動機上的應用

樊 磊

山東省章丘市濟鋼集團耐火材料有限責任公司爐料分廠 250200

1 兩類控制方式比較

1.1 V/F控制方式：

1.1.1 優點：普通型V/F通用變頻器是轉速開環控制，無需速度傳感器，控制電路比較簡單，電機選擇通用標準異步電動機，因此通用性比較強，性能/價格比比較高。

1.1.2 缺點：

1.1.2.1 不能恰當的調整轉矩補償和適應負載轉矩的變化。

普通V/F通用變頻器常用兩種方法實現轉矩提升功能：一種是在存儲器中存入多種V/F函數的不同曲線圖形，用戶人為選擇最佳曲線；另一種是根據定子電流的大小自動補償定子電壓。選V/F曲線很難恰當調整電動機轉矩，負載沖擊或啟動過快，有時會引起過電流跳閘。由于定子電流不總是與轉子電流成正比，所以根據定子電流調節變頻器電壓并不反映負載轉矩。因此，定子電壓不能根據負載轉矩的改變而恰當的改變電磁轉矩。特別是在低速下，定子電壓的設定值較小，實現準確補償是困難的。由于定子電阻壓降雖負載變化，當負載較重時可能補償不足；較輕時可能產生過補償，磁路過飽和。這兩種情況均可能引起變頻器過電流跳閘。

1.1.2.2 無法準確地控制電動機的實際轉速。

由于普通V/F通用變頻器是轉速開環控制，由異步電動機的機械特性可知，設定值為定子頻率也就是理想空載轉速，而電動機的實際轉速由轉差率（負載）所決定，所以V/F控制方式存在穩態誤差不能控制，無法準確控制電機準確電機的實際轉速。

1.1.2.3 轉速極低時，由于轉矩不足而無法克服較大的靜摩擦力。

1.2 矢量控制方式：

分為無速度傳感器矢量控制、有速度傳感器控制，這種矢量控制調速裝置可以精確設定和調節電動機的轉矩，可以實現對轉矩的限幅控制，因而性能較高，受電機參數變化的影響較小。若調速范圍不大，在1：10的速度范圍內，常采用無速度傳感器方式，轉速/電流的實際值可以利用由微型機支持的對異步電動機進行模擬的仿真模型來計算；

若調速范圍較大，即在極低的轉速下也要求具有高動態性能和高轉速精度時，采用有速度傳感器方式，可采用脈沖式速度傳感器，但安裝麻煩，是整個傳動系統中最不可靠環節。

采用矢量控制調速可與直流電動機調壓時的調速性能相媲美。

2 濟鋼煉鐵廠二號高爐卷揚拖動現狀

2.1 主變頻器采用美國AB公司生產的型號：AB1336PLUSⅡ，112KW，采用無速度傳感器的矢量控制，2005年8月份調試使用，屬于修舊利廢。備用變頻器采用日本三墾Samco-i系列，型號：IPF-132K，132KW，采用V/F控制方式。控制電機型號：YZR315M-10，75KW。兩套變頻器能夠切換。

2.2 卷揚上料系統要求變頻器啟動時全速啟動，減速時兩級減速，要求啟動轉矩足夠，且不能過流，實現準確停車。上料PLC系統輸出信號控制變頻器動作，變頻器工作狀態反饋到PLC輸入控制PLC輸出，實現變頻器與PLC閉環控制。兩套變頻器用一套PLC程序控制。

3 三墾變頻器V/F控制和AB變頻器矢量控制在實際使用中的性能比較

表1 兩種控制方式運行對比

3.1 采用矢量控制，電機啟動電流明顯減小，這樣對電機線圈的電流沖擊明顯減小，對電機啟動時的抱閘機械沖擊明顯減小。保護設備。

3.2 采用矢量控制，加速電流基本無變化，全速電流減少明顯，減速電流有少量減少，可以精確設定和調節電動機的轉矩，可以實現對轉矩的限幅控制，因而性能較高，受電機參數變化的影響較小。轉速/電流的實際值對異步電動機進行模擬的仿真模型來計算，準確可靠，節能明顯。

3.3 采用矢量控制，電機加減速/運行中噪音明顯減少，即電機線圈中無功能量的交換減少，使電機發熱降低，減少電機的功率損耗，使變頻器逆變部分對外干擾明顯降低。

3.4 采用矢量控制，基頻（50HZ）以上調速與以下調速方式一致，解決了V/F控制方式下，基頻（50HZ）以上與以下調速，變頻器輸出恒功率和恒轉矩狀態下帶來的一系列問題。

4 變頻器參數調整

變頻器參數調整至關重要，有些參數要經過實踐反復調整。

4.1 三墾V/F控制變頻器較關鍵參數：

4.1.1 轉矩補償：在低頻區，為了補償電機所產生的轉矩不足，如果轉矩提升過快，則會形成過電流狀態，一般取3%左右。

4.1.2 啟動頻率：為變頻器開始啟動的頻率，頻率小于啟動頻率，變頻器不會運轉。啟動頻率越大，轉矩大，易過流。一般取2HZ～4HZ 。

4.1.3 啟動延遲時間：從運轉信號來到變頻器啟動之間的時間。該值可設定為零，若設定較大數值，易造成變頻器過流。

4.1.4 加減速時間，加減速點由電子主令參數控制，由于采用開環控制，加減速時間要在實踐中反復摸索，即不能造成過流，又保證減速停車。

4.2 AB矢量控制變頻器較關鍵參數：

4.2.1 加減速時間，變頻器采用智能化控制，能根據設定時間自動調整。并且加速中電流數值分布均勻，減速中電流略有減小。

4.2.2 進行矢量控制首先根據電機空載時自動讀入磁通電流、電壓數值，建立矢量控制數學模型。同型號電機也要分別進行磁通參數自動識別。

4.2.3 變頻器輸出采用數字輸出電流的30%輸出，供PLC控制，該值是調整輸出轉矩的關鍵參數。

5 PLC控制變頻器傳動系統注意事項及故障分析

5.1 在電源輸入側加裝交流電抗器。變頻器功率因數在有輸入交流電抗器時約為0.8～0.85，沒有輸入交流電抗器時約為0.6～0.8。除能改善功率因數外，還能抑制輸入電路中的浪涌電流，并能電源電壓不平衡的影響，能改善變頻器運行質量和濾波。

5.2 采用性能優越的變頻器，性能好的變頻器自身濾波功能強，能減少對外界干擾。

5.3 當變頻器選定后，盡可能提高被干擾對象的抗干擾能力，例如：我廠2000年1號高爐料車頻繁出現超卷掉道現象，檢查系統正常，最后確認變頻器對PLC220伏輸出模塊產生干擾，造成斷電延時，料車超卷，在PLC輸出模塊輸出端并接阻容吸收回路解決。2005年2月2號高爐改造初期，料車間斷出現中途停車現象，將停車因素程序監控，沒發現問題，最后檢查PLC主機外殼接地電阻較大，重新處理使接地電阻小于4歐姆后系統正常。另外，控制線采用屏蔽線，來削弱電磁感應和靜電感應；控制線盡可能與電源線分開；變頻器輸入/輸出安裝濾波器等隔離措施，都能將變頻器傳送到被干擾對象的干擾信號減弱。

5.4 變頻器運轉必須與PLC控制實現閉環控制，PLC控制變頻器硬線連接環節盡可能減少，當環節增多時，接觸電阻增大，當大到一定值時，變頻器無法識別運轉信號是否到來，造成變頻器誤動作。例如：我廠2號高爐2005年8月份料車溜車現象就是變頻器與PLC沒有實行閉環控制，硬線控制環節過多造成料車溜車，萬幸的是，料車沒有從斜橋頂部掉下，否則后果不堪設想。

6 結語

綜上比較實際運用中的情況，建議在較精確控制模式下，首先采用矢量控制模式，但帶矢量控制的變頻器價格較高。