VF控制和矢量控制的一些区别 点击：29685 | 回复：213
针对异步电机，为了保证电机磁通和出力不变 ，电机改变频率时，需维持电压V和频率F的比率近似不变，所以这种方式称为恒压频比（VF）控制。VF控制－控制简单,通用性强,经济性好,用于速度精度要求不十分严格或负载变动较小的场合。从本质上讲，VF控制实际上控制的是三相交流电的电压大小和频率大小，然而交流电有三要素，就是除了电压大小和频率之外，还存在相位。VF控制没有对电压的相位进行控制，这就导致在瞬态变化过程中，例如突加负载的时候，电机转速受冲击会变慢，但是电机供电频率也就是同步速还是保持不变，这样异步电机会产生瞬时失步，从而引起转矩和转速振荡，经过一段时间后在一个更大转差下保持平衡。这个瞬时过程中没有对相位进行控制，所以恢复过程较慢，而且电机转速会随负载变化，这就是所谓VF控制精度不高和响应较慢的原因。
矢量控制国外也叫磁场定向控制，其实质是在三相交流电的电压大小和频率大小控制的基础上，还加上了相位控制，这个相位在具体操作中体现为一个角度，简单的讲就是电机定子电流相对于转子的位置角。我们知道，电机定子三相对称交流电的综合效果是一个旋转磁铁，通电后这个旋转磁场通过感应在转子上生成三相交流电流，这个电流也等效成一个磁铁，这样就相当于定子磁铁拖着转子磁铁旋转了，这个是电机旋转的基本原理。这里有个问题，就是只有定子磁铁和转子磁铁的相对位置靠得最近，产生的力矩才最大，所以如何在电机三相定子绕组上通电获得最大转矩，实际上还和转子位置有关的。矢量控制会通过实测回来的电流结合电机参数，实时计算出转子位置，这个过程就是所谓的“磁场定向”，然后实时决定三相定子绕组上电压的相位，这样理论上可以做到同样的电流下产生的转矩最优，从而减小电机负载变化时的瞬态过程。此外，矢量控制顺便还会根据转子位置求出转速，利用电机参数对转速进行瞬时补偿，进一步优化了控制性能。
综上，我觉得矢量控制和VF控制的最本质的区别就是加入了电压相位控制上。从操作层面上看，矢量控制一般把电流分解成转矩电流和励磁电流，这里转矩电流和励磁电流的比例就是由转子位置角度（也就是定子电压相位）决定的，这时转矩电流和励磁电流共同产生的转矩是最佳。具体实现可以参考陈老先生的书和其他任何一本讲矢量控制的书。宏观上看，矢量控制和VF控制的电压，电流，频率在电机稳定运行时相差不大，都是三相对称交流，基本上都满足压频比关系，只是在瞬态过程如突加、突减负载的情况下，矢量控制会随着速度的变化自动调整所加电压、频率的大小和相位，使这个瞬时过程更快恢复平衡。至于矢量控制里面那些坐标变换，是一种便于理解和描述的手段，不是本质问题。从电机理论来看，在dq同步旋转坐标系里，三相正弦交流量可以转换成两相直流量，这样可以简化运算，便于数字处理，实际上真实系统里并不存在转矩电流和励磁电流的，这些是一种数学抽象，算完了控制完成后最终还是要体现在实际三相交流电上。好比我们数学里的拉普拉斯变化，可以把微分方程变成代数方程简化运算，运算完了后再反变换回去是一个道理。
刘志斌老师可能对矢量控制理解有误，或者可能书上没把物理本质说得很清楚。刘志斌老师的第一点“1、电感的电流落后电压90度，你能控制这个角度吗？”这句话是非常正确，电感的电流落后电压90度，对纯电感而言这个90角度是不可能控制的，但是不能推出“9、所谓对定子电流解耦，对有功电流、无功电流分别控制是句谎言，或者是无知的笑话！”。对电机而言，我想这个论坛里很多人应该学过电机学，知道三相异步电机的等效电路，三相异步电机电感可以认为是不变的，但是转子的等效电阻可以看成两部分，一部分是转子本身的实际电阻r2，不考虑温度什么的这个可以认为不变，另一个是负载等效电阻（1-s）r2/s（s是转差率），这个实际上和转差有关，也就是说跟电机的同步速、负载等因素有关了，这样转子的等效电阻实际上是可变的，电机电感和电阻的比例关系并不是固定的，那么通过改变同步速和相应的电压、相位，对有功电流、无功电流的分别控制是可行的，而矢量控制就是提供了这么一种途径。这里我要澄清一下，“对有功电流、无功电流的分别控制”，并不是说你能把有功电流、无功电流控制到任意值，想怎么控制就怎么控制，对异步电机而言，无功电流永远是感性，这是原理决定的，你不可能把它控制成容性无功，而且有功电流、无功电流的组合产生的转矩必须和负载平衡，这个是约束条件。矢量控制的目标，实际上是“通过对有功电流、无功电流的分别控制实现优化组合”，达到瞬时转矩最优，动态过程最短的目的。而VF控制少了这么一个对电流瞬时控制的过程，是粗线条的控制，理论上就要差些。好比你让一个小弟干活，VF控制就是“小弟，你把这个东西做出来”，给出一个要求就行了；矢量控制就是你不只是告诉小弟把这个东西做出来，而且还要告诉他，第一步怎么搞，第二步怎么搞，细节怎么处理，这样显然后者得到的结果要精细些。
上面是一些理论分析，从实际来看，VF控制是目前变频器主流控制方法，辅以适当的补偿方法可以提高其性能。目前提高VF控制性能的主要方法有：低频力矩补偿、死区补偿、动态磁通控制、跟踪自启动等，可以适用于80%以上的工况。在某些对动态要求很高的场合，则需要使用矢量控制，如伺服、印刷等。矢量控制是根据测量到的电流、电压和磁通等数据，结合电机内部的电阻电感等参数计算出当前的转速和位置，并进行必要的修正，从而在不同频率下运行时，得到更好的控制模式。由于计算量较大，且需要知道电机内部参数，所需数据中的相当部分，一般用户是很难得到的。这给矢量控制的应用带来了困难。对此，变频器都必须配置自动检测电动机参数的功能。总体而言，矢量控制可以得到更好的性能，低频转矩大，动态响应好 ，但应用比较不方便，如果参数不合适可能还不能稳定运行，使用范围受到一些限制。实际中推荐用户能用VF控制就尽量不用矢量控制。事实上大多数情况增加了转矩提升、死区补偿、滑差补偿的高性能的VF能满足绝大部分要求，而且稳定性更好。
目前矢量控制的主要问题是适用性不如VF强，VF基本上什么异步电机都能上，但是矢量控制在专用电机能达到的最高水平让VF望尘莫及。我到西门子参观的时候，他们对电机的控制到了令人震惊的程度，那就是用三台电机分别驱动一台时钟的秒针、分针和时针！想想是什么概念：12小时转一圈啊，这种超低速控制是我想都无法想的。这就是技术差距！这绝对代表了世界上电机控制的最高水平，而基本原理就是矢量控制。
至于ABB的直接转矩控制，世界上独此一家。老实说，我具体测试过波形，是在无法理解是如何实现的，特别是细节部分，体现出的波形跟教科书上的完全不一样。只能说自己孤陋寡闻。
1）当频率是30HZ时，电压的相位应该是多少？搂主能回答这个问题吗？
2）当负载不变时，负载等效电阻不变，电机负载特性不变，功率因数角不变，你矢量控制什么？
3）当负载变化时，负载等效电阻变化，电机负载特性变化，功率因数角变化，你矢量控制什么？
这个相位在具体操作中体现为一个角度，简单的讲就是电机定子电压相对于转子的位置角。矢量控制会通过实测回来的电流结合电机参数，实时计算出转子位置，这个过程就是所谓的“磁场定向”，然后实时决定三相定子绕组上电压的相位，这样理论上可以做到同样的电流下产生的转矩最优，从而减小电机负载变化时的瞬态过程。
至于30Hz相位是多少，就请不要钻牛角尖了，这是由电机转子位置实时确定的，这个相位也根据转子位置在不停的变化，只能说稳态时相对转子位置不变，这个相位和电机电阻电感参数还有负载都有关系，你说这个相位是多少，还不是要根据书上那一堆公式去计算？
负载等效电阻（1-s）r2/s（s是转差率），这个不单是跟负载有关，还和转差有关，也就是说跟电机的同步速、负载等因素有关了，负载等效电阻实际上是可变的，电机电感和电阻的比例关系并不是固定的，那么通过改变同步速和相应的电压、相位，对有功电流、无功电流的分别控制是可行的，而矢量控制就是提供了这么一种途径。这里我要澄清一下，“对有功电流、无功电流的分别控制”，并不是说你能把有功电流、无功电流控制到任意值，想怎么控制就怎么控制，对异步电机而言，无功电流永远是感性，这是原理决定的，你不可能把它控制成容性无功，而且有功电流、无功电流的组合产生的转矩必须和负载平衡，这个是约束条件。矢量控制的目标，实际上是“通过对有功电流、无功电流的分别控制实现优化组合”，达到瞬时转矩最优，动态过程最短的目的。
引用luedong 的回复内容：楼主，三角形连结的异步电机如何做矢量控制？将三角形连结的参数等效为星型连结，然后矢量控制有没有问题？参数如何等效？
三角形连接和星形连接从电机外部看是没有任何区别的，你可以把电机看成一个黑盒子，外面看就是三根进线，通以互差120度的电流。
要说到电机三角形连接和星形连接的区别，只是在电机本体设计的时候会关注，我们知道，教科书上写星形连接的线电压是相电压的1.732倍，三角形的线电压等于相电压，在电机设计阶段，都会折算成等效三个等效单相，因为三相电机的等效电路是等效成单相的。对于一个输入线电压为380V的电机而言，如果设计成星形，那么就按220V计算单相电路，如果设计成角形，那么就按380V计算单相电路，但相电流减小。这个时候体现在电机上就是三角形的线用得长些细些，星形的线短些粗些，但理论上用的材料是一样多。一旦电机做好后，从外部看，理论上三角形连接和星形连接是没区别的，你也没有办法单纯从外部三根线去区分二者的区别。
变频器对电机的参数辨识，都是将其等效成星形单相电路对应的参数来实现的。
这里可能有同学想问，为什么电机要分成三角形和星形连接这么麻烦。原则上讲，星形电机内部不会产生环流，理论上比三角形好，因为实际上三相绕组不可能绝对平衡，三相电压总有微小差异，这样在三角形内部会形成环流造成发热和效率降低（当然这个影响实际上很小）。做成三角形连接是有历史原因的，那就是没有变频器的时候，电机启动时可以利用接触开关改变连接，将其接成星形，这样每个绕组的电压由380将为220，大大减小了启动冲击电流，待启动后切换成三角形。这就是所谓的星-三角启动。星-三角启动可以成比例降低启动电流，但是会成平方降低启动转矩，所以只能用在轻载或空载启动。大家看到的风机水泵用星-三角启动没问题，但是起重机上肯定没有用星-三角启动的，起重机都是用绕线转子串电阻启动，为什么搞这么麻烦，都是有原因的。
现在有了变频器，可以降频降压启动而且不损失转矩，启动电流也不大，就不存在启动问题了。这个时候专门设计的变频电机就没有必要做成三角形了，但是很多工厂没有设计能力，还是沿用原来Y系列电机的方案，也有做成三角形连接的变频电机，只能说没有深入理解其中的本质。我设计了很多永磁同步电机，还有几台空调变频异步电机，无一例外，全部采用星形。实践也证明，大概效率能提高0.2~0.5个百分点，对节能意义不大，不过有利于温升。
……
这个相位在具体操作中体现为一个角度，简单的讲就是电机定子电压相对于转子的位置角。矢量控制会通过实测回来的电流结合电机参数，实时计算出转子位置，这个过程就是所谓的“磁场定向”，然后实时决定三相定子绕组上电压的相位，这样理论上可以做到同样的电流下产生的转矩最优，从而减小电机负载变化时的瞬态过程。
至于30Hz相位是多少，就请不要钻牛角尖了，这是由电机转子位置实时确定的，这个相位也根据转子位置在不停的变化，只能说稳态时相对转子位置不变，这个相位和电机电阻电感参数还有负载都有关系，你说这个相位是多少，还不是要根据书上那一堆公式去计算？……
1、从你的回答里，根本不知道你说的相位角是什么意义，更不知道它与频率有什么确定的关系，频率是30HZ时的相位是多少怎么能有答案？
2、“这个相位在具体操作中体现为一个角度，简单的讲就是电机定子电压相对于转子的位置角。”，电压相对于转子的位置角是什么意义？
引用kyhuang 的回复内容：
……
负载等效电阻（1-s）r2/s（s是转差率），这个不单是跟负载有关，还和转差有关，也就是说跟电机的同步速、负载等因素有关了，负载等效电阻实际上是可变的，电机电感和电阻的比例关系并不是固定的，那么通过改变同步速和相应的电压、相位，对有功电流、无功电流的分别控制是可行的，而矢量控制就是提供了这么一种途径。……
……
1、“负载等效电阻（1-s）r2/s（s是转差率），这个不单是跟负载有关，还和转差有关，也就是说跟电机的同步速、负载等因素有关了”，那你的矢量控制的就是“同步速”和“转差”，在说明白点，你的矢量控制就是根据负载大小变化控制的是频率，控制的是转差；
2、就是说，负载变化→转差变化→负载特性变化→有功电流、无功电流的分别变化，矢量控制什么？只能是控制频率→控制转差→控制转矩；
目前矢量控制的主要问题是适用性不如VF强，VF基本上什么异步电机都能上，但是矢量控制在专用电机能达到的最高水平让VF望尘莫及。我到西门子参观的时候，他们对电机的控制到了令人震惊的程度，那就是用三台电机分别驱动一台时钟的秒针、分针和时针！想想是什么概念：12小时转一圈啊，这种超低速控制是我想都无法想的。这就是技术差距！这绝对代表了世界上电机控制的最高水平，而基本原理就是矢量控制。
至于ABB的直接转矩控制，世界上独此一家。老实说，我具体测试过波形，是在无法理解是如何实现的，特别是细节部分，体现出的波形跟教科书上的完全不一样。只能说自己孤陋寡闻。
西门子对电机的控制的确令人震惊，ABB的直接转矩控制也不得不佩服，ABB专有，但据说应用效果比适量控制没好多少（耳闻）
对：五代重歼 关于引用刘志斌 的回复内容：
引用铁戟沉沙 的回复内容：……是因为我们的变频器不是矢量控制，如你真能推翻他们，我们才是最大获利者！ 笑你，是因为你：强不知以为知，见骆驼硬说是马肿背！ 请自重！
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1、你不懂变频器，也不懂异步电机，更不懂矢量控制，你却相信矢量控制的鬼故事；
2、对你这样的人，我的发言是什么，你也不懂，对、错你没有判断能力，所以不要骂人，骂就骂自己是个无知得人！
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刘志斌的确是个井底之蛙，人家说的那样明白它都没听明白，索性给翻译以下，刘接着丢人！
很明显那哥们儿是做ABB传动的，ABB主推的是DTC控制，全世界仅此一家做DTC。矢量控制和DTC是竞争对头，明白吗
你没见过的多了去了
内容的回复：佩服！俺真的是搞ABB变频器的，“老刘”还没把矢量控制批倒！？俺着急啊！O(∩_∩)O哈哈~
对：五代重歼 关于引用刘志斌 的回复内容：
引用铁戟沉沙 的回复内容：……是因为我们的变频器不是矢量控制，如你真能推翻他们，我们才是最大获利者！ 笑你，是因为你：强不知以为知，见骆驼硬说是马肿背！ 请自重！
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1、你不懂变频器，也不懂异步电机，更不懂矢量控制，你却相信矢量控制的鬼故事；
2、对你这样的人，我的发言是什么，你也不懂，对、错你没有判断能力，所以不要骂人，骂就骂自己是个无知得人！
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刘志斌的确是个井底之蛙，人家说的那样明白它都没听明白，索性给翻译以下，刘接着丢人！
很明显那哥们儿是做ABB传动的，ABB主推的是DTC控制，全世界仅此一家做DTC。矢量控制和DTC是竞争对头，明白吗
你没见过的多了去了
内容的回复：老刘还没把矢量控制批倒啊！？真让人着急！五代重歼兄猜的不错，我是做ABB变频器的。
对：kyhuang 关于引用五代重歼 的回复内容：
ACS800系列变频器DTC控制方式没有固定的开关频率，开关频率都不固定这个和你认知的对称三相正弦交流电相比是不是超出了你的认知范围！
五代重歼兄，我测试过ACS800的电流电压输出波形，他的DTC稳定时是固定开关频率的，等于设定值，并不是教科书上简单的用磁链滞环比较，查看了一些文献，应该是定周期的DTC。这个变频器不能让人理解的地方是频率比较低时，比如5HZ，开关频率跟设定完全不一致，会同步变低，而占空比变大，使调制的电流波形变得连续。不知道具体怎么搞的，查不到相关文献。在通用变频器中ACS800是我见过稳态电流波形最垃圾的，一点都不正弦，但是那个转矩响应真是快速无比，抗负载扰动能力无与伦比，这一点强过西门子的m44。
内容的回复：控制的最终目的不是为了转速和转矩响应精度么？为什么要测输出电流波形呢？
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