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了解FR-A700系列变频器的电路结构与控制方式

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：FR-A700变频器可以选择U/f控制、矢量控制、实时无传感器矢量控制等控制模式。此时，求出电动机的负荷，并将计算结果作为转矩电流指令iq传给电流控制器。2）转矩电流控制。根据磁通控制所要求的励磁电流指令id，计算相同电流id所需的电压Vq。根据上述计算结果进行PWM调制，运行电动机。矢量控制的速度控制是使所控制电动机的实际转速与速度指令保持一致。图7-5 控制方块图（部分）

FR-A700变频器可以选择U/f控制（初始设定）、矢量控制、实时无传感器矢量控制等控制模式（各控制方式已在前面介绍过）。

矢量控制和实时无传感器矢量控制

矢量控制是驱动感应电动机时的一种控制方法。为说明矢量控制的原理，图7-1给出了感应电动机的基本等价回路。

图7-1中通过感应电动机的电流可分为在电动机内部产生磁通的电流i_d（励磁电流）和使电动机产生转矩的电流i_q（转矩电流）。

图7-1 感应电动机的等价回路

r₁—1次侧电阻 r₂—2次侧电阻 ∫₁—1次侧漏电感 ∫₂—2次侧漏电感 ∫_m—相互电感 S—转差 i_d—励磁电流 i_q—转矩电流 i_m—电动机电流

矢量控制图如图7-2所示，是为尽可能使左图励磁电流和转矩电流达到最优化，而对电压及输出频率进行计算、并对电动机进行的控制。

图7-2 矢量控制图

（1）控制励磁电流使电动机内部磁通进入最佳状态。

（2）求出转矩指令值，尽可能使电动机转速指令和电动机轴连接的PLG的实际转速（实时无传感器矢量控制的情况下为速度指定值）之间的差为0。控制转矩分电流以便按照该转矩指令值输出转矩。

电动机产生的转矩T_M和转差角速度ω₂，电动机的2次侧磁通Ф₂可分别通过式（7-1）、式（7-2）、式（7-3）计算。

式中 L₂——2次电感，可按式（7-4）计算

L₂=∫₂+M（7-4）

进行矢量控制具有以下几个优点：

1）相对于U/f控制等其他控制方法，控制性能更为优越，可实现与直流电动机同等的控制性能。

2）要求具有高响应的应用领域，要求可变速范围从极低速到高速的应用领域，以及要求进行繁复的加减速运转或连续四象限运转等应用领域，均可适用。

3）可以控制转矩。

4）可在电动机轴停止的状态下，对产生转矩的伺服锁定转矩进行控制。（实时无传感器矢量控制的情况下无法进行该操作。）

实时无传感器矢量控制模块图与矢量控制模块图分别如图7-3、图7-4所示，它们的工作过程如下：

1）速度控制。进行速度控制计算，尽可能使速度指令ω∗和PLG的实际运转检测值FB差为0。此时，求出电动机的负荷，并将计算结果作为转矩电流指令i_q∗传给电流控制器。

2）转矩电流控制。根据速度控制器计算出的转矩电流指令i_q∗，计算相同电流i_q所需的电压V_q。

3）磁通控制。根据励磁电流i_d计算电动机磁通Φ₂，并根据该电动机磁通Φ₂所需磁通计算励磁电流指令i_d∗。

图7-3 实时无传感器矢量控制模块

图7-4 矢量控制模块图

4）励磁电流控制。根据磁通控制所要求的励磁电流指令i_d∗，计算相同电流i_d所需的电压V_q。

5）计算输出频率。根据转矩电流值i_q和磁通Φ₂计算电转差ω_S。输出频率根据PLG反馈信号计算ω_FB，并加上转差ω_S，从而求得输出频率ω₀。

根据上述计算结果进行PWM调制，运行电动机。

6）基于实时无传感器矢量控制。矢量控制的速度控制是使所控制电动机的实际转速与速度指令保持一致。

控制方块图（部分）如图7-5所示。

图7-5 控制方块图（部分）