科创力源电子服务与技术支持部制作

—— 矢量控制原理

—— 矢量参数调试

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矢量控制原理 由于异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。上世纪 70 年代

西门子工程师 F.Blaschke 首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 ( 励磁电流 ) 和产生转矩的电流分量 ( 转矩电流 ) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。简单的说，矢量控制就是将磁链与转矩解耦，有利于分别设计两者的调节器，以实现对交流电机的高性能调速。

矢量控制原理图

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一、矢量控制方式 矢量控制方式分为基于

转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。

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二、矢量控制的应用 采用矢量控制方式的通用变频器

不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。鉴于电机参数有可能发生变化，会严重影响变频器对电机的控制性能，因此电机参数的准确性对控制性能的影响很大。目前我公司研发的 G6 系列变频器已经具备电机参数的自学习功能。变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。

矢量变频器 G6 在电梯上的应用

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三、矢量控制的实现 通过电机的等效电路来得出一些磁链

方程，包括定子磁链，气隙磁链，转子磁链，其中气息磁链是连接定子和转子的．一般的感应电机转子电流不易测量，所以通过气息来中转，把它变成定子电流．　　然后，有一些坐标变换，首先通过３ / ２变换，变成静止的 d-q 坐标，然后通过前面的磁链方程产生的单位矢量来得到旋转坐标下的类似于直流机的转矩电流分量和磁场电流分量，这样就实现了解耦控制，加快了系统的响应速度．

　　最后再经过２ / ３变换，产生三相交流电去控制电机，这样就获得了良好的性能．

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矢量参数调试电机参数 备 注

电机额定功率 电机铭牌参数

电机额定频率 电机铭牌参数

电机额定转速 电机铭牌参数

电机额定电流 电机铭牌参数

电机额定电压 电机铭牌参数

电机定子电阻 与低频转矩成正比，过高会抖动

电机转子电阻 与转差成反比

电机定、转子电感 与输出电压成正比

电机定、转子互感 与输出电压成正比

电机空载电流 与输出电压成正比，一般是额定电流的 1/3

一、 G6 系列变频器电机参数：

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二、电机参数自学习： 选择无 PG 矢量控制运行方式 , 在变频器运行

前，必须准确输入电机的铭牌参数， G6 系列变频器据此铭牌参数匹配标准电机参数；矢量控制方式对电机参数依赖性很强，要获得良好的控制性能，必须获得被控电机的准确参数。

电机参数自学习操作步骤如下： 1 、将运行指令方式（ FU.002 ）选择为键盘

控制。 2 、键盘给定频率 50Hz 3 、设定适合的加减速时间

（ FU.014,FU.015 ），大惯性的电机轴应该考虑把加减速时间加长。

4 、然后请按电机实际参数输入下面： PU.053 ：电机额定功率； PU.054 ：电机额定频率； PU.055 ：电机额定电压； PU.056 ：电机额定电流； PU.057 ：电机额定转速。 5 、设定参数自学习使能 PU.060=1 旋转自

学习 , 然后按 RUN开始自学习 注意：在进行全面自学习时电机要和负载脱开，否则，自学习得到的电机参数可能不正确。

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三、矢量控制参数调节： 在进行完自学习后就可以调试矢量控

制了。 P3组为矢量控制功能组，矢量控制是一个双闭环系统，内环为电流环外环为速度环，外环速度环的 PI 调节器参数放在功能码 P3组（ PU.073~P3.076 ）里面供用户调节。如果出现低频转矩不够可以适当增强低速 PI 参数，如果出现电机低频抖动可以适当减弱低频 PI 参数。在高频突加载情况下如果电机有过流可以增强高速 PI 参数。如果系统出现转速脉动大也可以适当增强 PI 调节器参数。

PI 参数不要轻易改动，如果调节不好容易出现电机剧烈振动。

稳速静差可以通过 FU.078 进行转差补偿，如果实际转速比设定值小可以调大 FU.077值，反之则调小 FU.078 值。

转矩上限设定 FU.077 对于矢量控制是一个重要参数，直接决定变频器的限流点，该值出厂为 100.0% （变频器的额定电流）。当出现电机负载过大而让变频器限流降频时，可以调节该参数来增大电机出力。该值不能调得过大，否则起不到限流作用，容易出现过载或过流。

矢量控制参数 说 明

FU.073 速度环增益

FU.074 速度环滤波

FU.075 电流环增益

FU.076 电流环滤波

FU.077 VC转矩补偿增益

FU.078 VC转差补偿增益

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四、手动调节电机参数：

当电机轴无法跟负载脱开，或者负载不能完全卸掉，则只能选择静止自学习来学习电机的定子电阻和转子电阻，而电机定转子电感、定转子互感和空载电流则需要手动调节，那么如何手动调节这些参数呢？手动调节主要遵循以下原则：

1 、电机在高速段运行正常而低速有振荡往往是定子电阻（ FU.058 ）过大或转子电阻过大造成，定子电阻和转子电阻值应该是在一个数量级上，不会有很大差距。

2 、电机在高速段运行正常而低速转矩偏小往往是由于定子电阻偏小（ FU.058 ）造成。

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3 、电机启动后无法达到设定转速主要原因是 ： 转子电阻偏差太大。当转子电阻太小时造成

电机转差过小而无法启动，当转子电阻过大时造成电机转差过大软件算法溢出。

定转子电感和互感偏差太大。当电感值过大时会造成变频器输出电压过高电机电流过大而限流，运行频率升不上去。当电感值过小时会造成变频器输出电压过低电机出力不够转速无法升上去。调试一般满足 50Hz 运行时变频器输出电压达到 380V左右，若输出电压偏小需要增大定转子电感和互感的值，若输出电压偏小则增大定转子电感和互感的值。定转子电感和互感应该是在一个数量级上，不会有很大差距。

4 、提升电机转矩的方法还可以适当增大空载电机（ FU.059 ）。

5 、空载电流大，输出电压高。空载电流一般为电机额定电流的 1/3 ，小电机的空载电流占额定电流的比例会高一些，有的会达到50%~60% （若非必要，不要调空载电流）

四、手动调节电机参数：

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