为了解决低频转矩不足的问题,通常采用低频提升电压和提升转矩的方法。但我认为,既然磁场是由电流产生的,那么在变频过程中,只要保持异步电机的空载电流不变,就能保证磁场大小恒定,这是一种更本质的控制思路。
矢量控制时如何保证电压与频率的对应关系?
在传统的变频控制中,如果只降低频率而不调整电压,电机铁芯会因为磁场过强而饱和发热,导致电机无法正常工作。因此,为了维持电机磁场在额定运行时的强度恒定,必须在改变频率的同时相应地改变电压,遵循V/F等于定值的原则,即频率下降时电压也成正比下降。
这样做的结果是,当频率为零时,电压不为零,电流不为零,磁场也不为零,从而保证了电机在低速甚至零速时的磁场强度和转矩输出能力,这是矢量控制中实现高精度转矩控制的基础之一。
在矢量控制中,从一段时间的平均值来看,频率和电压确实保持恒定的关系,但从瞬时值来看,它们的变化比较频繁。这种频繁变化的原因是为了实时保证磁通恒定,通过将磁通或转矩作为控制目标,利用PI调节器来分别调节电压和频率。
基于上述观点,频率与电压的关系应当以维持空载电流恒定为标准,采用电压控制模式。这意味着频率与电压之间的对应关系,并不是固定的公式,而是取决于电机实际的空载电流这一特定参数,从而更精确地反映电机的真实运行状态。
究其原因是,当频率下降时,电压不能简单地按正比下降,因为当频率为零时,电压若为零,电机磁通也将为零,无法产生转矩。因此,驱动器在变频时,输出电压必须满足电机变频空载运行电流不变,恒定在额定空载电流上。
然而,这种简单的V/F恒定控制存在明显缺陷,特别是在低频运行时,电压偏低导致磁场减弱,进而使得电机转矩变小。产生这一缺点的根本原因,在于忽略了定子绕组电阻压降对电机实际输入电压的影响,从而无法准确维持磁场恒定。
这是一个相对独立的调节过程,从调节结果来看,V/F比值在均值上是恒定的,但在瞬时值上是变化的。早期驱动器在变频时,输出电压U等于M乘以F,即U/F为定值M,频率F下降多少,电压U就正比下降多少,但这导致低频力矩不足。