矢量控制的原理是什么?矢量控制和標(biāo)量控制有什么區(qū)別?

矢量控制在產(chǎn)業(yè)界受到的關(guān)注越來(lái)越多，矢量控制除了用在高性能的電機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合外，也已用在一些家電的應(yīng)用中。為增進(jìn)大家對(duì)矢量控制的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)矢量控制的原理以及矢量控制和標(biāo)量控制的區(qū)別予以介紹。如果你對(duì)矢量控制具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、矢量控制原理

矢量控制的基本原理是通過(guò)測(cè)量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量 (勵(lì)磁電流) 和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量 (轉(zhuǎn)矩電流) 分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱(chēng)這種控制方式稱(chēng)為矢量控制方式。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無(wú)速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。

矢量控制系統(tǒng)，坐標(biāo)變換是核心思想。矢量控制的基本思想是以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)為準(zhǔn)則，將異步電動(dòng)機(jī)在靜止三相坐標(biāo)系上的定子交流電流等效成兩相靜止坐標(biāo)系上的交流電流，在通過(guò)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換將其等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的直流電流，等效過(guò)程中實(shí)現(xiàn)磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦控制，達(dá)到直流電機(jī)的控制效果，得到直流電動(dòng)機(jī)的控制量。便可將三相異步電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)來(lái)控制，獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)接近的動(dòng)、靜態(tài)性能。

基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式同樣是在進(jìn)行U / f =恒定控制的基礎(chǔ)上，通過(guò)檢測(cè)異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度n，并得到對(duì)應(yīng)的控制頻率f，然后根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩，分別控制定子電流矢量及兩個(gè)分量間的相位，對(duì)通用變頻器的輸出頻率f進(jìn)行控制的?；谵D(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式的最大特點(diǎn)是，可以消除動(dòng)態(tài)過(guò)程中轉(zhuǎn)矩電流的波動(dòng)，從而提高了通用變頻器的動(dòng)態(tài)性能。早期的矢量控制通用變頻器基本上都是采用的基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式。

無(wú)速度傳感器的矢量控制方式是基于磁場(chǎng)定向控制理論發(fā)展而來(lái)的。實(shí)現(xiàn)精確的磁場(chǎng)定向矢量控制需要在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)安裝磁通檢測(cè)裝置，要在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)安裝磁通檢測(cè)裝置是很困難的，但人們發(fā)現(xiàn)，即使不在異步電動(dòng)機(jī)中直接安裝磁通檢測(cè)裝置，也可以在通用變頻器內(nèi)部得到與磁通相應(yīng)的量，并由此得到了所謂的無(wú)速度傳感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根據(jù)輸入的電動(dòng)機(jī)的銘牌參數(shù)，按照一定的關(guān)系式分別對(duì)作為基本控制量的勵(lì)磁電流(或者磁通)和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓的頻率使勵(lì)磁電流(或者磁通)和轉(zhuǎn)矩電流的指令值和檢測(cè)值達(dá)到一致，并輸出轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)矢量控制。

二、矢量控制和標(biāo)量控制的區(qū)別

標(biāo)量控制和矢量控制是電機(jī)控制領(lǐng)域中兩種不同的控制方法。

標(biāo)量控制是指控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)控制轉(zhuǎn)速來(lái)間接實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制。利用電機(jī)等效電路模型，通過(guò)調(diào)整電機(jī)的電壓、電流和頻率等參數(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制。標(biāo)量控制器適用于負(fù)載變化較小、負(fù)載要求不高的場(chǎng)合，如風(fēng)扇、水泵等傳統(tǒng)的電機(jī)應(yīng)用。

在標(biāo)量控制中，僅對(duì)電機(jī)的基本物理量，如電壓、電流、磁通等進(jìn)行控制，而不涉及電機(jī)的矢量參數(shù)。該控制方法的優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，但缺點(diǎn)是其控制精度有限，控制效果不夠優(yōu)異。

矢量控制是指直接對(duì)電機(jī)的磁通、電流進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、位置等參數(shù)的精確控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的高效控制。在矢量控制中，可以根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和磁極數(shù)來(lái)計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，并通過(guò)調(diào)整電機(jī)電流、電壓和頻率等參數(shù)來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，從而達(dá)到高精度的控制效果。矢量控制器適用于復(fù)雜負(fù)載要求高的場(chǎng)合，如電動(dòng)汽車(chē)、電機(jī)數(shù)控等高端電機(jī)控制應(yīng)用。

在矢量控制中，除了控制電機(jī)的基本物理量外，還對(duì)電機(jī)的矢量參數(shù)進(jìn)行控制，如轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向、電流矢量控制等，從而可以更精確地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，并且可以實(shí)現(xiàn)高性能、高精度的控制效果。矢量控制主要包括感應(yīng)電機(jī)矢量控制和永磁同步電機(jī)矢量控制兩種。

總之，標(biāo)量控制適用于常規(guī)的電機(jī)控制應(yīng)用，而矢量控制則適用于對(duì)電機(jī)性能要求更高、復(fù)雜度更高的控制應(yīng)用。相較于標(biāo)量控制，矢量控制具有更強(qiáng)的控制能力和更高的控制精度，在實(shí)際應(yīng)用中有著更廣泛的適用性和更優(yōu)秀的性能表現(xiàn)。

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