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浅谈变频器U／f控制与矢量控制应用

【摘要】交流变频调速系统主要用于控制异步电动机的转速和转矩，具有

动态响应好、工作效率高、输出特性好、使用方便等优点。本文主要介绍变频调

速系统中常用的两种控制方式：U/f控制和矢量控制，并结合生产实际描述分析

这两种控制模式在现场生产中的应用，提高大家对变频调速系统控制模式的认

识。

【关键词】变频调速系统；U/f控制；矢量控制

1变频调速系统U/f控制

1.1U/f控制的概念

U/f控制即恒压频比控制方式，它是采用SPWM正弦脉宽调制技术控制半导

体器件开通和关断，将直流电压转变为一定形状的电压脉冲序列，实现频率和电

压的控制，在调节输出频率?的同时，调节输出电压U的大小，通过U和?配合

实现不同类型的调频调压来进行调速。解决了只改变频率进行调速：频率上升时，

主磁通下降，拖动转矩下降，电动机的拖动能力降低，对于恒转矩负载因拖不动

而堵转；频率下降时，主磁通上升，引起主磁通饱和，励磁电流急剧升高，使通

过定子绕组的电流大于定子绕组额定电流，电机发热严重。在变频调速中基频以

下常采用U/f恒磁通（恒转矩）调速，基频以上调速由于变频器输出电压无法大

于额定输入电压因此只能恒功率调速。

1.2U/f控制特性及应用

U/f控制是变频调速系统应用最普遍的调速模式，它通过调节电机供电电源

电压和频率来进行调速因此该调速系统的机械特性可平滑地上下移动，转差率不

变，调速时有很高的运行效率，但在基频下U/f（等于常数）调速并不是真正的

恒磁通（恒转矩）调速，当电机在低频、低速运行时，由于变频器输出电压成正

比地下降，电机满负荷运行时定子绕组电阻上产生的压降在电机输入电压中占的

比例增大，反电动势比例减小，用于形成主磁通的电压不足，造成主磁通下降，

使拖动转矩不足，带负载能力下降。

应用U/f控制模式时，首先根据变频器所带负载的特性选用合适的U/f曲线，

U/f曲线是描述变频器输出电压与频率关系的曲线，一般通用性变频器U/f曲线

有：直线形U/f曲线（适用于恒转矩负载如传送带），1.5次形U/f曲线（适用于

风机，泵类变转矩性负载）及自定义形U/f曲线；其次根据设备在生产过程中是

否需要低速满负荷运行来考虑是否采用适量补偿输出电压即是否设置变频器转

矩提升量。正确预置转矩提升量十分重要，预置太小，可能电机磁通不足，电机

输出转矩过小而无法带动设备运转，预置太大，又可能在电机轻载时引起电机磁

路饱和，变频器因输出过电流而跳闸。在现场预置时，应以电机负荷率作为初步

设定依据；最后根据生产设备惯性的大小及对电机启动加减速时间的要求来预置

合适的变频器启动加速时间和停止减速时间曲线。

2变频调速系统矢量控制

2.1矢量控制的概念

变频调速系统矢量控制是依照直流电动机的特性，如图1-1所示，当变频器

得到给定信号后，首先把给定信号分解为两个互相垂直的磁场信号，励磁分量φM

和转矩分量φT，与之对应的控制电流信号分别为和，额定频率以下，当接到

转速反馈信号需要调速时，励磁分量φM保持不变，只调整转矩分量φT，在额

定频率以上，当接到转速反馈信号需要调速时，转矩分量φT保持不变，只调整

励磁分量φM，然后把这两个静止的磁场信号经过一系列的等效变换，变换成等

效的三相电流的控制信号控制异步电动机从而得到与直流电动机类似的机械特

性，由于进行变换的是电流（代表磁通）的空间矢量，所以通过这种变换实现的

控制方式叫作矢量控制。

2.2矢量控制的特性

矢量控制是基于电机多项静态和动态参数，经过复杂算法运算得到的高精度

动态控制。这些参数在U/f压频控制中是涉及不到的。矢量控制变频器要在使用

前必须进行电机参数的自动测量即电机辨识，不进行电机辨识变频器不能获取矢

量控制所必须的参数，也就不能启动矢量控制功能。

根据是否采用脉冲编码器（PG）反馈电机转速，矢量控制可分为带编码器

PG矢量控制（有速度反馈矢量控制）和无编码器矢量控制（无速度反馈矢量控

制），有速度反馈的矢量控制系统具有机械特性硬，动态响应能力强，调速范围

广等优点，无速度反馈的矢量控制系统因内部要通过输出电压和电流运行数据推

算转速需要时间故其机械特性