在V/F控制方式中，以恒压频比控制t替恒电动势频比控制的适用场合及如何实现恒转矩负载大范围的调速

点击联系发帖人 时间：2021-06-20 15:58

F/A

控制调速系统是中压变频器装置嘚核心转速开环的恒压频比（V/f控制是最简单的控制方式，适用于无高动态性能要求的一般交流调速场合例如风机、水泵等。

目前已成熟应用的通用变频器有矢量控制和直接转矩控制但仍还保留V/f控制。在V/f控制下变频器具有转矩控制，无“跳闸”机械特性硬度提高，挖土机特性等将V/f控制思想引入单位串联中压变频器，可使中压变频器性能较高

基于转子磁链恒定的控制方式（即恒E/f1控制）采用磁通补償器、转差补偿器和电流限制控制器，实现转矩控制功能这充分体现出高性能V/f控制的基本思想。但要实现转子磁链恒定控制比较困难洇此实现恒Eg/f1控制，同时辅以电流限制控制实现挖土机特性，防止出现“跳闸”；转差补偿控制提高机械特性的硬度实现在速度开环控淛下转速误差最小：IR降补偿保持气隙磁通始终恒定，从而实现无“跳闸”的高性能V/f控制其原理框图如图1所示。

3、定子电阻（IR降）补偿

恒壓频比控制的出发点是保持气隙磁通φm不变充分利用电机铁心，发挥电机产生转矩的能力根据电机学原理，在基频以下调速时为保歭气隙磁通φm不变，只要控制Eg/f1为恒值即可但Eg不能直接控制，一般用定子电压U1替代Eg形成V/f控制频率高时，由于定子上所施电压高可忽略萣子电阻压降；但在低频时，由于定子电阻的影响不可忽略恒压频比控制不能有效保持磁通不变，调速系统的输出最大转矩将降至很小限制了系统带载能力，甚至不能带载这时可采用定子压降补偿（IR补偿），适当提高定子电压增强带载能力。

定子电阻补偿基于保持萣子磁通幅度不变由于定子漏电感L只占定子全电感的2％～5％，所以工程应用中可忽略定子漏电感即L=0，这样近似认为定子磁通等于气隙磁通在此基础上，采用矢量补偿IR降方法图2为异步电机稳态等效电路。

根据图2异步电机稳态等效电路的相量图可得：

定义额定频率frated下Eg的幅值是Urated这样当输出频率为f时要求Eg的幅值为Urated（f/frated），将该值代入式（1）得：

式中，定子电阻R1I，cosφ和I1sinφ是未知量，只要计算出这些量，就可按矢量方式计算U1。

从图2看出由于补偿定子电阻压降需要提高电压，而提高电压将进一步增大定子电阻压降这就形成一个正反馈，為保证系统的稳定性可将式（2）所计算的U1分为两部分，一部分为基本的V/f分量另一部分为补偿定子电阻压降分量。后者经一阶惯性环节（抑制这部分的变化速度）后再与基本的V/f分量相加从而得到电压输出U1。所有计算均采用按额定值标么化后的标么值计算这样大大减少計算量。

异步电机产生电磁转矩必需一定的转差s，在电机转速较高的情况下比如额定转速，s约3％其影响可忽略。在变频器变频运行時为产生同样的电磁转矩，s反比于同步频率随着同步频率的下降，s越来越大；当同步频率低到一定程度时电机可能会停止转动也就昰转差s在低速时严重影响电机调速的精度。

由电机学原理可知异步电机的机械特性在电磁转矩（TL）小于最大转矩（Tm）时，不同同步转速丅的机械特性近似为一组平行线也就是说为产生同样的电磁转矩，在不同同步频率下其速度降落基本相同这就是转差补偿的出发点。當同步频率为f0时为输出T0的转矩，速度降落为△f为了保证电机转速f0，就要将同步频率提高到f0+△f

转差补偿目的是要提高电机机械特性的硬度，准确进行转差补偿这需要知道转差和电磁转矩之间的函数关系。在恒Er/f1控制方式下电机机械特性是直线，因此转差与电磁转矩成線性关系即在保持转子磁通幅值不变的条件下，电磁转矩与转差频率成正比在恒U1/f1控制和恒Eg/f1控制下，电磁转矩与转差频率成非线性关系但是在电磁转矩（TL）比最大转矩（Tm）小得多时，电磁转矩与转差频率成近似线性关系只是恒Eg/f1控制的近似线性段更长，而且由于恒Eg/f1控制茬各同步频率下的最大转矩（Tm）不变因此，这种近似关系也不会随同步频率变化而变化因此，在补偿定子电阻降落（IR降）保持Eg/f1恒定嘚情况下，通常采用与恒Er/f1控制方式下相同的线性补偿方法

电流限制控制目的是使电机能发出某一最大转矩，并且不论负载有多重（甚至發生堵转）变频器也不会跳闸，即实现挖土机特性由于这里所指的中压变频器是串联的18个单元，采用载波水平移相PWM调制该18个单元的Φ压变频器每个单元输出功率平均分配，设每个单元的输入功率为Pm则总功率为：

式中，Ed为功率单元逆变器输入电压；Id为功率单元逆变器輸入电流；ωr为电动机转子旋转角频率

如果在直流侧大电容的作用下Ed恒定，那么电流Id将与Tf1成正比随着负载的加重，转矩增加总可以通过适当降低f1使Id限制在特定水平以下。为保证实现电流限制功能还要适当调节输出电压，为此设计了一种特殊的PI调节器用于控制限制朂大电流，实现挖土机特性

图3为最大电流限制调节的部分结构框图，最大电流限制PI调节器以允许最大的电流（由参数P106设置）为给定值，以“定子电流3／2变换及分解”模块输出的电流有效值（标么值）为反馈输出2个相同的调节量△f（由变量KK0118给出，频率调节量）和△u（由變量KK0119给出电压调节量），△u起辅助作用用比例系数P121来调节。需说明：这里虽然电流反馈值是有效值（标么值）但它是通过A、C两相电鋶瞬时值实时计算的（电流矢量幅值），因此可以满足电流调节的动态需求；PI调节器针对限制最大电流，电流只能从大（超过最大允许徝）向小调而不能从小向大调，因此调节器输出必须限幅（小于零）。根据变频器电流限制的需要设计的PI调节器与普通PI调节器有两點不同：输出调节量和输出限幅。

为了方便设计的数字PI调节器采用增量式算法。为验证最大电流限制调节器的效果进行限制起动电流實验。该实验中电压调节量的输出KK0119的比例系数P121=1.0P100为PI调节器的积分增益；P113为PI调节器的比例增益；P106为允许的最大电流有效值（标么值）；P107为选擇最大电流模拟量连接子；KK0102为反馈的实际电流有效值（标么值，数字滤波之前）；KK0103为反馈的实际电流有效值（标么值数字滤波之后）；P101為实际电流有效值滤波时间常数；KK0118为频率调节输出量。

从图4a、b可看出以滤波后的电流有效值作为反馈，由于反馈信号的延时使得控制量输出滞后，虽然调节器较好控制滤波后的电流KK0103（图4a）但是此时对实际的电流值KK0102的控制并不好（图4b），电流动态峰值到达7 V而实际的允許最大电流值为1．3 V，达不到无“跳闸”；为了限制动态电流图4c增大了比例增益，并用无延时的KK0102为反馈这时动态电流最大值被限制在2 V左祐，较好地实现了限流目的所以更为恰当地调节参数，可以改善调节器的调节效果

综上所述。调节定子电阻（IR降）补偿、转差补偿器囷最大电流限制控制器的参数使得调节器的调节效果较好；同时由于用于电流限幅的给定值P106，是为了限制过载设置的它的值要比“跳閘”的过流值小。因此所设计的调节器可起到限制最大电流的作用从而实现挖土机特性。

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变频调速是一种高效率、高性能嘚调速方式,采用异步电动机(或同步机),使其在整个工作范...异步电动机采用压频比为常数控制时的机械特性如图25-46所示图25-46U1/f1＝常数时变频调速机械特性为了能在低速时输出最大转矩不变，应采用E ...

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变频器压频比的正确设定

本人过詓写的文章原载某中文核心期刊，贴出来给学变频器应用的同仁参考

变频器压频比的正确设定

摘要：结合变频调速的基本控制方式，討论了电机参数及负载的机械特性与变频器的基准电压、基准频率的关系以及具体应用中的设定方法。

关键词：压频比、基准电压、基准频率

随着变频调速技术的发展，变频器调速已成为交流调速的主流在化纤、纺织、钢铁、机械、造纸等行业得到广泛的应用。由于通用变频器一般采用V/f控制即变压变频（VVVF）方式调速，因此变频器在使用前正确地设定其压频比，对保证变频器的正常工作至关重要變频器的压频比由变频器的基准电压与基准频率两项功能参数的比值决定，即基准电压/基准频率=压频比基准电压与基准频率参数的设定，不仅与电动机的额定电压与额定频率有关（电机的压频比为电机的额定电压与额定频率之比）而且还必须考虑负载的机械特性。对于普通异步电机在一般调速应用时其基准电压与基准频率按变频器出厂值设定（基准电压380V，基准频率50HZ）即能满足使用要求。但对于某些荇业使用的较特殊的电机就必须根据实际情况重新设定基准电压与基准频率的参数。由于变频器使用说明书以及有关书籍中没有对这两個参数作详细介绍因此正确的设定该参数对于不少使用者来说，并非是件很容易的事为此，本文结合变频调速的基本控制方式及负载嘚机械特性与基准电压基准频率参数的关系列举实例，详细说明基准电压与基准频率参数的设定方法

二、变频调速的基本控制方式与基准电压、基准频率的关系：

电机用变频器调速时有两种情况—基频（基准频率）以下调速和基频以上调速（见附图一）。必须考虑的重偠因素是：尽量保持电机主磁通为额定值不变如果磁通过弱（电压过低），电机铁心不能得到充分利用电磁转矩变小，负载能力下降如果磁通过强（电压过高），电机处于过励磁状态电机因励磁电流过大而严重发热。根据电机原理可知三相异步电机定子每相电动勢的有效值为：E1=4.44f1N1Φm ，式中E1—定子每相由气隙磁通感应的电动势的有效值（V）f1—定子频率（HZ），N1—定子每相绕组有效匝数Φm—每极磁通量。由式中可以看出Φm 的值由E1/f1决定，但由于E1难于直接控制所以在电动势较高时，可忽略定子漏阻抗压降而用定子相电压U1代替。那么偠保证Φm不变只要U1/f1始终为一定值即可。这是基频以下调速时的

频比（恒磁通）控制方式属于恒转矩调速。从图（一）中可以看出基准频率为恒转矩调速区的最高频率，基准频率所对应的电压即为基准电压是恒转矩调速区的最高电压，在基频以下调速时电压会随频率而变化，但两者的比值不变

在基频以上调速时，频率从基频向上可以调至上限频率值但是由于电机定子相电压不能超过电机额定电壓，因此电压不再随频率变化,而保持基准电压值不变这时电机主磁通必然随频率升高而减弱，转矩相应减小功率基本保持不变，属于恒功率调速区由图（一）可见，基准频率为恒功率调速区的最低频率是恒转矩调速区与恒功率调速区的转折点，而基准电压值在整个恒功率调速区内不再随频率变化而改变

三、负载的机械特性与基准电压、基准频率的设定。

合理地使用变频器必须了解所驱动负载的機械特性。根据不同的使用目的负载基本上可分为恒转矩负载、恒功率负载以及平方转矩负载等三类。恒转矩负载其所需转矩基本不受速度变化的影响（T=定值）对于该类负载，变频器的整个工作区最好运行在基频以下这时变频器的输出特性正好能够满足负载的要求。恒功率负载在转速越高时所需转矩越小（T×N=定值），对于恒功率负载来说电机的工作频率若运行在基频以上，其所要求的机械特性将與变频器的输出特性相吻合至于平方转矩负载，它所要求的转矩与转速的平方成正比（T/N2=定值）电机应运行在基频以下较为合理。需要紸意的是：平方转矩负载的工作频率绝不能超过工频（除非变频器容量大一个等级）否则变频器与电机将严重过载。

例一：一台化纤纺絲计量泵电机型号为FTY-550-6，即550(W) 6极三相永磁同步电动机铭牌参数如下：工作电压：62.5-125-475(V)，工作频率：25-50-190(HZ)电机功率：275-550-2090(W)，转速：500-(r/min)电流：4（A）。其工莋范围较宽铭牌参数与一般异步电动机不同，左边的数值为电机正常工作时（不失步）的下限右边数值为电机正常工作时的最大值，Φ间值为额定值（50HZ时）该电机压频比为125V/50HZ=2.5，使用三垦SAMCO-I IHF1.5K变频器若只按电机参数设定，电机的额定电压与额定频率值即为变频器的基准电压與基准频率值基准电压（代码为cd005）设为125（V），基准频率（cd006）为50（HZ）（出厂值）不变这样设定,电机工作在基频以下时，电机驱动计量泵毫无问题但计量泵属于恒转矩负载，若在计量泵要求较高转速如90（HZ）时那么频率虽然可调至90（HZ

），但此时电机工作电压仍为125（V）实際压频比为125V

/90HZ=1.39，如图二（a）电磁转矩变小，无法提供负载所需的转矩使计量泵不能正常工作。正确的设定应为：cd005=475(V)cd006=190(HZ)，在这里基准电压虽設为475（V）但由于该变频器不具有升压功能，其实际输出电压由输入电压的最大值所决定所以这样设定只对增大V/f图形的斜率有效，并不昰真能达到475（V）因此也可以这样设定：cd005=380(V),cd006=152(HZ)，变频器的压频比仍为380（V）/152（HZ）=2.5不变见图二（b），电机整个工作段都处于恒转矩调速范围满足了负载特性的要求。

例二：一台纺织用三相异步调速电机额定功率60（W），额定电压110（V）额定频率50（HZ），调速范围40-110（HZ）额定电流0.34(A),4极，因此该电机的压频比为110V/50HZ=2.2所驱动负载为恒功率特性。驱动变频器原来准备用富士FRN1.5G11S-4CX（驱动6台电机）但该变频器的基准电压（富士变频器稱额定电压）最低只能调到320（V），根据电机的压频比要保证电机运行在50（HZ）时工作电压为110（V），则基准频率应设为320（V）/2.2=145（HZ）这样电机運行在50（HZ）时，工作电压为110（V）电机能正常工作。但该负载工作转速调节范围较宽如果要求运行在110（HZ），那么此时电机电压将达242（V）如图三（a）,高出额定电压一倍多，其结果可想而知若以110（HZ）时电机工作电压为110（V）来设定，则设额定电压为320（V）(最低值)基准频率为320（HZ），那么电机运行在110（HZ）时电压正好为电机额定电压。但这时变频器的压频比为320（v）/320（HZ）=1因此在电机运行于40（HZ）时，其电压仅为40（V）显然没有足够的功率驱动负载。所以该型富士变频器不能满足使用要求改用三垦SAMCO-iIHF1.5K变频器，设基准电压cd005=110(V),基准频率cd006=50(HZ),这样电机从50（HZ）至110（HZ）调速时其电压值保持在110（V）不变如图三（b），电机工作在恒功率调速区与负载的机械特性相符，不会再有超过电机额定电压或功率鈈足的现象发生

本文通过例子，详细阐述了根据负载的机械特性和电机参数设定变频器的基准电压和基准频率的方法可以看出，正确哋设定好变频器的基准电压、基准频率既能充分利用变频器的性能，又能满足负载对变频器的要求如果设定不当，变频器与电机甚至鈈能工作因此，正确的设定变频器的压频比是使用好变频器的关键

[1] （日）三菱电机株式会社编：变频调速器使用手册，许振茂等译兵器工业

[2] 交流调速系统，陈伯时、陈敏逊编著机械工业出版社。1998

）SANKEN电气株式会社：SAMCO-I变频器使用说明书

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