变频V/F和矢量控制你知道区别吗？据说这四种控制没有几人能说清

一、三相异步感应交流电机的工作原理

1.旋转磁场

在可旋转的马蹄形磁铁中间放置一个可旋转的笼短路线圈。当转动马蹄形磁铁时，笼式转子一起旋转。这是因为当磁铁旋转时，其磁线（磁通量）切割笼转子的导体，由于电磁感应，导体产生感应电势。由于笼转子本身是短路的，导体中的电流在电势的作用下流过 。电流与旋转磁场相互作用，产生旋转扭矩，驱动笼转子随磁场旋转，这是异步电机的简单旋转原理。

对称三相电流通入定子三相对称定子绕组，在气隙中产生旋转磁场

2.旋转磁场转速

在上述分析中，旋转磁场只有一对磁极，即p=1.当电流改变周期时，旋转磁场在空间中转动一周。对50Hz在工频交流电方面，旋转磁场每秒在空间中旋转50周，n1=60f1=60×50r/min=3000r/min。若磁场有两对磁极，p=2.电流变化一周，旋转磁场只转动0.比磁极对数5周p=1.速度慢了一半，即n1=60f1/2=1500r/min。同样，3对磁极p=电流变化一周，旋转磁场只旋转1/3周，即n1=60f1/3=1000r/min。以此类推，当旋转磁场有p对磁极时，旋转磁场的速度为：

n1=60f1/p

因此， 异步电机定子供电频率只需平稳调节即可f1， 异步电机同步转速可平稳调节n1。 由于转子与旋转磁场同步旋转， 转子转速为n=n1(1-s)， 因此，变频可以通过改变同步速度来实现异步电机的无级调速。

从表面上看，只要改变定子电压的频率f1可以调整转速的大小，但事实上，只能改变f1不能正常调速。参考异步电机的电压方程

U 1≈E1 =4.44f1 K1 N1 Φ

假设现在只变了f1进行调速， 设供电频率f1上下调节， 而供电电压U 1 不变， 因 为K1 N1常数， 异步电机的主磁通Φ必将改变：

如f1向上调， 则Φ会下降， 这使得拖动转矩T下降，因为T=C TΦI2cosφ2 ， 电机的拖动能力会降低， 因拖不动而堵塞恒转矩负载；

如f1 向下调， 则Φ会增强， 会带来更大的危险， 由于电机铁磁材料的磁化曲线不是直线而饱和， 为了在设计电机时建立更强的磁场， 工频下的工作点已接近磁饱和， 如果磁场再增强，必然会导致励磁电流急剧上升(反映在定子电流上)。 最后烧坏了电机。

由上可知， 只改变频率f 实际上不能正常调速。 很多场合， 要求调整定子供电频率f 的同时， 调整定子电源电压U 的大小， 通过U 和f 实现安全调频调速的不同配合。

由于Φ∝E1 /f1≈U1 /f1， 因此，调整三相异步电机的供电频率f1 按比例调整供电电压时，按比例调整供电电压U1的大小可以近似实现Φ为常数。 以星形电机为例， 变频调速时， 如供电50 Hz对应220 V相电压(一般为额定点)， 则25 Hz需提供110 V相电压， 10 Hz需提供44 V相电压。

二、变频控制方法

1、V/f控制模式

★ 控制特点：变频器的输出电压与输出频率成比例变化，即v/f=常数。

★ 性能特点：性价比高，输出扭矩恒定，即恒磁通控制，但速度控制精度不高。适用于节能、速度精度要求低的场合。

★低频稳定性差：低速运行时，转矩不足，需要转矩补偿。

该变频器为开环控制，安装调试方便。

2、转差频率控制(v/f闭环控制)

电机存在转速差Δn ，当变频器的输出频率发生变化时，转速差与转矩T成正比Δn变频器输出转矩T变化，变频器输出转速变化。通过控制转差Δn，控制电机转矩，达到控制电机转速的目的。这就是转差频率控制的原理。

由此可见，变频器要想达到以上控制目的，必须采取闭环控制，

即变频器应设置闭环反馈输入端子。

转差频率控制变频器内设比较电路PID控制电路，处理目标信号和反馈信号。

闭环控制是控制系统工作时的闭环控制。变频器给出一个目标量，从变频器的控制量中取回反馈量，比较反馈量和目标量：当反馈量小于目标量时，变频器给出频率上升信号， Δn相反，变频器给出频率下降信号， Δn转矩下降，电机转速下降。按给定目标要求转动电机的实际转速。

和V/f控制功能的差异：

V/f变频器内部无需设置PID无需设置反馈端子即可控制功能。转差频率控制应在变频器内部设置比较电路和PID如果使用控制电路U/F控制变频器实现闭环控制，应在变频器外配置PID控制板。

3、矢量控制

矢量控制是通过模拟直流电机来控制交流电机。

根据直流电机的控制方法，将控制信号分为励磁信号和电枢信号

2)将控制信号按三相交流电动机的控制要求变换为三相交流电控制信号，驱动变频器的输出逆变电路。

变频器控制模式：分为无传感器（开环）和有传感器（闭环）。无传感器控制模式是通过变频器内部的反馈形成闭环。

矢量控制是电机的转速(转矩) 无法控制电机的间接控制。

1)使用前自扫描，将电机参数扫描到变频器中。

2)变频器只能控制电机。

3)矢量控制不仅可以控制电机的电流振幅，还可以控制电流的相位(矢量控制名称的起源)。

★性能特点：可从零速控制，调速范围宽；能精确控制转矩，系统响应速度快，速度控制精度高。

4、转矩控制

英语称为直接转矩控制技术DSC或DTC控制是继矢量控制技术之后的另一种交流调速技术。直接扭矩控制是利用空间矢量和定子磁场定向的分析方法，直接分析定子坐标系下异步电机的数学模型，计算和控制异步电机的磁链和扭矩，使用离散的两点调节器(Band-Band控制矩检测值与转矩给定值进行比较，使转矩波动限制在一定的转差范围内，转差的大小由频率调节器控制，并产生PWM脉宽调制信号，直接控制逆变器的开关状态，以获得高动态性能的扭矩输出。直接转矩控制完成了交流调速的又一次飞跃。

直接扭矩控制也是一对一控制，一台变频器不能控制多台电机，也不能用于过程控制。

在各种薄膜或线材的收卷或放卷过程中，被卷材的张力F必须保持恒定F＝C，为此:

1)被卷物的线速v也必须保持恒定 v＝C，因此，卷绕功率是恒定的；

2）负载的阻力扭矩随卷材卷径的增加而增加：但为了保持线速恒定，负载速度必须随卷径的增加而降低：

(b) 实现转矩控制模式 恒张力运行 将变频器转矩 在控制模式下运行将给予 定信号设置在一定值下不变。电机的电磁转矩TM它也保持不变，如图所示 (b)中之曲线①所示: TM＝C 而动态转矩TJ则随着卷径D的增大而变为负值，如图(b)中之曲线③所示。拖动系统将处于减速状态，(c)所示转速变化规律。 改变给定扭矩的大小，可以改变卷绕的松紧度.

比较变频器四种运行控制模式

控制特点：变频器的输出电压与输出频率成比例

1.v/f变频器控制模式的变化，即v/f=常数

性能特点：性价比高，输出扭矩恒定，即恒磁通量控制，但速度控制精度不高。适用于节能、速度精度要求低的场合。低速运行会导致扭矩不足，需要扭矩补偿。

2. 变频器控制转差频率

该控制是一种闭环控制。有两种控制方法：一种是以速度传感器为反馈信号，提高速度控制精度；另一种是通过传感器将压力、流量、温度等间接物理量转换为电信号，反馈回变频器，提高这些间接控制的控制精度。

该控制模式安装在变频器内部PID可设置变频器的控制速度和快速响应性。

V/f控制方法适用于风机、水泵、带式输送机等可变转矩和恒定转矩负载

3. 变频器的矢量控制模式

矢量控制是通过模拟变频器内部直流电机的控制方法来控制交流电机。

控制特性：同时控制电流的振幅值和相位，也可通过软件设置。

性能特点：可从零速控制，低频扭矩大，调速范围宽；扭矩可以

精确控制；系统响应速度快，速度控制精度高。

应用范围 它分为两种控制方法：无速度传感器（通过内闭环）和有速度传感器（通过外闭环）。这两种控制方法都是直接控制（稳定）电机的速度（或扭矩），不能用作其他数量的控制（如压力、流量、温度等）。

4. 变频器直接转矩控制

直接转矩控制技术，把转矩检测值与转矩给定值作比较，使转矩波动限制在一定的转差范围内，转差的大小由频率调节器来控制，并产生PWM脉宽调制信号，直接控制逆变器的开关状态。

性能特点：可从零速控制，调速范围宽；可精确控制转矩；系

统一响应速度快，速度控制精度高。

矢量适用于转矩特性高、0HZ造纸、轧钢、机床、起重等仍保持输出扭矩的场合。扭矩控制可精确控制扭矩，适用于造纸、印染机械等扭矩控制场合。

三、变频器的结构原理

1.变频器分类

交换~交换：将固定频率的交流电源直接转换为连续可调频率的交流电源，其主要优点是无中间环节，转换率高。但其连续可调频率范围较窄。主要用于大容量的低速拖动系统。也被称为直接变频器。

交~直~交型：先将固定频率的交流电整流成直流，然后通过逆变电路将直流电逆转为连续可调频率的三相交流电。由于直流电逆转为交流电容易控制，因此在频率调围内具有明显优势。也被称为间接变频器。

电压型-整流后通过电容过滤。现在大部分使用电压型。

电流型-整流后电感滤波。

脉幅调制(PAM) － 通过改变直流电压来实现输出电压。

脉宽调制(PWM)-输出电压大小通过改变输出脉冲的比例来实现。

脉宽调制波(PWM波)将正弦波电压分为N等份，并将正弦曲线每等份包围的面积等于其面积形脉冲来代替，脉冲的宽度与正弦波的大小成正比，这样就得到宽度不等的脉冲列，简称为PWM波。

按用途分类：专用，通用

专用变频器 ：针对某一种(类)特定的控制对象而设计的，如风机、水泵用变频器、电梯及起重机械用变频器、中频变频器等。

通用变频器： 是数量最多，应用最广泛的一种，也是我们讲解的主要品种。而大容量变频器主要用于冶金工业的一些低速场合。

2、变频器的组成(交～直～交型)

a、主电路结构

该电路是现在通用的低压变频器主电路图。不管什么品牌的变频器，其主电路结构基本如此。因为：整流电路和逆变电路是两个标准模块，没有变化的空间。

b、变频器控制电路

任何品牌的变频器，其内部功能框图是一样的，因为变频器要保证正常工作，必须要有相应的功能。变频器主要包括：

主电路、电流保护电路、电压保护电路、过热保护电路、驱动电路、稳压电源、控制端子、接口电路、操作面板、CPU等。