无速度传感器的矢量控制异步电动机变频调速系

    答：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，而要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的。但研究发现，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电动机的铭牌参数，按照转矩计算公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，从而实现矢量控制。    采用高性能通用矢量控制变频器构成的无速度传感器的变频调速系统，通过测量电动机定子电压和电流值间接获得电动机的转速。实现的方法主要有以下几种：    (1)利用电动机模型推导出转速方程式，从而计算电动机的转速。    (2)利用电动机模型计算转差频率，在进行补偿后获得电动机转速。    (3)根据模型参考自适应控制理论，选择合适的参考模型和可调整模型，同时辨识转速和转子磁链。    (4)利用电动机的齿谐波电势计算转速。    在工程应用中无论哪一种方法，计算或辨识电动机转速的精度都有限。计算或辨识电动机动态转速的准确度更有限，目前实用的无速度传感器调速系统的动态性能都不理想，高精度调速范围只能达到100：1，提高该系统的静态精度和动态性能指标仍有大量课题需进一步地研究。    无速度传感器的矢量控制异步电动机变频调速系统控制框图如图3-6所示。对比图3-6和图3-7所示的控制框图，两者的差别仅在于使用的变频器不同。由于使用无速度传感器矢量控制的变频器，可以分别对异步电动机的磁通和转矩电流进行检测、控制，自动改变电压和频率，使电动机转速的指令值和检测实际值达到一致，从而实现矢量控制。虽说它是开环控制系统，但与通用变频器开环控制的异步电动机调速系统相比却大幅提升了需要的静态精度和动态品质，转速精度约等于0.5%，转速响应也较快。无速度传感器的矢量控制异步电动机变频调速系统，适用于对调速要求不是很高的生产机械设备，可以构成结构简单、可靠性高的调速系统。
    图3-6    矢量控制变频器的异步电动机变频调速    VVVF通用变频器；IM-异步电动机
    图3-7    异步电动机闭环控制变频调速    VVVF-通用变频器；IM-异步电动机；PG-速度脉冲发生器