摘要：随着计算机技术飞速发展，功能强大的数字信号处理器（DSP）的广泛应用使得矢量控制逐渐走向了实用化。变频矢量控制技术在冶 金动力驱动设备中也得到了不断的推广和应用
关键词：变频矢量; 控制技术; 冶金; 动力驱动设备; 应用
1变频矢量控制技术人原理
矢量控制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。
矢量控制方式又有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。基于转差频率控制的矢量控制方式同样是在进行 U/f ＝恒定控制的基础上，通过检测异步电动机的实际速度n，并得到对应的控制频率f，然后根据希望得到的转矩，分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位，对通用变频器的输出频率 f 进行控制的。基于转差频率控制的矢量控制方式的最大特点是，可以消除动态过程中转矩电流的波动，从而提高了通用早期的矢量控制通用变频器基本上都是采用的基于转差频率控制的矢量控制方式。无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制理论发展而来的。实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测装置，要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的，但人们发现，即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置，也可以在通用变频器内部得到与磁通相应的量，并由此得到了所谓的无速度传感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数，按照一定的关系式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值和检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。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， 并需使用厂商指定的变频器专用电动机进行控制，否则难以达到理想的控制效果。目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通用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。除了上述的无传感器矢量控制和转矩矢量控制等，可提高异步电动机转矩控制性能的技术外，目前的新技术还包括异步电动机控制常数的调节及与机械系统匹配的适应性控制等，以提高异步电动机应用性能的技术。
2变频矢量控制在冶金动力驱动设备中的应用
随着数控技术的发展，冶金企业越来越多地使用了变频电机，数控技术是现代制造系统中的关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、 自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对变频电机及变频矢量控制技术的研究，对提高冶金企业的装备水平，促进冶金企业的技术进步起着举足轻重的作用。
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变频电机是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电机及其拖动、自动控制、检测等技术为一身的自动化设备。其中主轴运动 是变频电机的一个重要内容，以完成切削任务，其动力约占整台电机 的动力的 70% ～ 80%。数控车床的动力驱动设备的控制是其运行的重要环节。基本控制是主轴的正、反转和停止，可自动换档和无级调速。 在目前变频电机中，主轴控制装置通常是采用交流变频器来控制
交流主轴电动机。为满足变频电机对主轴驱动的要求，必须具备以下
性能 :(1) 宽调速范围，且速度稳定性能要高；(2) 在断续负载下，电机的转速波动要小；(3) 加减速时间短；(4) 过载能力强；(5) 噪声低、震动小、寿命长。
3无速度传感器的矢量控制变频器
3.1主轴变频器的基本选型
目前较为简单的一类变频器是 V/F 控制( 简称标量控制)，它就是一种电压发生模式装置，对调频过程中的电压进行给定变化模式调节， 常见的有线性 V/F 控制 ( 用于恒转矩 ) 和平方 V/F 控制 ( 用于风机水泵变转矩 )。标量控制的弱点在于低频转矩不够 ( 需要转矩提升 ) 、速度稳定性不好 ( 调速范围 1 :10)，因此在电机主轴变频使用过程中被逐步淘汰，而矢量控制的变频器正逐步进行推广。
3.2无速度传感器的矢量变频器
无速度传感器的矢量变频器目前很多厂家都有成熟的产品推出， 总结各自产品的特点，它们都具有以下特点 :(1) 电机参数自动辩识和手动输入相结合；(2) 过载能力强，如 50% 额定输出电流 2min、180% 额定输出电流 10s； (3) 低频高输出转矩，如 150% 额定转矩 /1HZ；(4) 各种保护齐全 ( 通俗地讲，就是不容易发生爆炸 )。无速度传感器的矢量控制变频器不仅改善了转矩控制的特性，而且改善了针对各种负载 变化产生的不特定环境下的速度可控性。
3.3矢量控制中的电机参数辨识
由于矢量控制是着眼于转子磁通来控制电机的定子电流，因此在 其内部的算法中大量涉及到电机参数。参数辨识中分电机静止辨识和 旋转辨识 2 种，其中在静止辨识中，变频器能自动测量并计算顶子和转子电阻以及相对于基本频率的漏感抗，并同时将测量的参数写入； 在旋转辨识中，变频器自动测量电机的互感抗和空载电流。在参数辨 识中，必须注意
(1)若旋转辨识中出现过流或过压故障，可适当增减加减速时间；
(2)旋转辨识只能在空载中进行；
(3)如辨识前必须首先正确输入电机铭牌的参数。
3.4数控车床主轴变频矢量控制的功能设置
使用在主轴中变频器的功能设置分以下几部分
(1)矢量控制方式的设定和电机参数；
(2)开关量数字输入和输出；
(3)模拟量输入特性曲线； (4)SR 速度闭环参数设定。4 结论
对于变频的主轴电机，使用了无速度传感器的变频调速器的矢量
控制后，大幅度降低维护费用，甚至是免维护的；可实现高效率的切 割和较高的加工精度；实现低速和高速情况下强劲的力矩输出，可广 泛用于冶金动力驱动设备。
参考文献
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[3]于鲛 , 章文超 . 关于冶金机械设备几种事故驱动方式的比较 [J]. 上海金属,2010,32(02):58-60+62.
论文作者:吴媛媛
论文发表刊物:《建设者》2019年20期
论文发表时间:2020/1/3
标签：矢量论文; 转矩论文; 变频器论文; 电机论文; 异步电动机论文; 速度论文; 参数论文; 《建设者》2019年20期论文;