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关于“V/F控制和矢量控制的区别”的辩论之三

关于“V/F控制和矢量控制的区别”的辩论之三

 

http://www.gongkong.com/tech/Detail_old.Asp?id=430866&page=1

 

刘志斌

 

变频恒压供水:
1
、给定压力,检测反馈压力,变频f、变压直接控制n1,间接异步控制n2
2
、当系统出现供水量剧增,压力下降,比较控制n1上升,转差、转差率增大,电磁转矩增大,转子转速n2跟随增大;
3
、与压力直接相关的是n2
4
、所以恒压供水属给定n2(或相关量),反馈n2(或相关量),第二种情况;
5
、这个控制过程实际包括n2的闭环控制,还包括n1的闭环控制;
6
、如果没有n2的闭环控制,就没有恒压,如果没有n1的闭环控制就没有抽水与用水的动平衡;
7
、也就是说:如果用水量不变,恒压就是n2恒速;如果用水量增大,就是负载增大,n1增大,提高调整n2

 

刘志斌

 

 “矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流IaIbIc、通过三相-二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1,再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1It1Im1相当于直流电动机的励磁电流;It1相当于与转矩成正比的电枢电流),然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度,磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。

一、这段文字游戏,说明所谓矢量控制变频调速是一场骗局!

二、从电磁转矩控制的角度看,其物理本质只有一个:
1
、都通过改变转差、转差率S,只改变转子的有功电流I2,只改变定子电流I1的有功电流分量,跟随负载大、小控制调解电磁转矩的大小;
2
、这就是大家平时说的矢量控制的作用,电流解偶的控制作用,这个作用不是变频器的本事,而是电机本身的能力;
3
、变频器只在第二种控制转子转速n2时,发挥了它变频、变压的能力,通过控制调解n1,主动的改变了转差、转差率S
4
、变频器只在第一种控制转子转速n1时,发挥了它变频、变压的能力,通过控制调解n1,被动的改变了转差、转差率S
5
、所以把第二种调速方式叫做矢量控制是一种误解,是一种错觉!
6
、只是坐标、参照系的不同而已!
7
、所以我把第一种变频调速方式叫同步转速n1的闭环控制,我把第二种变频调速方式叫转子转速n2的闭环控制;

 

支持国产变频

 

   完全不赞同刘老师的"
一、这段文字游戏,说明所谓矢量控制变频调速是一场骗局!"
V/F简单的通过调转差的方式根本不能达到准确控制电机电磁转矩的目的,而是电机电磁转矩通过负载反映到转速的变化,从而被动的调节了电机的电磁转矩.
因为刘老师没有注意到电机的电磁转矩除了与转差有直接的关系,还与电机的磁链有直接的关系,简单的通过v/f保持不变想来达到磁场恒定是很粗略的方式,在磁场都不能准确控制的前提下,调节转差就不能说是与电机电磁转矩保持线性关系.这就是直流电机调速与交流异步电机调速的根本区别,直流电机由于磁场可以独立比较准确的控制,所以直流电机的电磁转矩就很容易控制.但是交流电机则不同,由于磁链的控制不能很简单的区分出来,所以控制比较复杂.
矢量控制和直接转矩控制的突出优点在于通过数学模型的解耦,磁链和转矩可以比较好的解耦,达到比较准确的控制电磁转矩的根本目的.输出同样的电磁转矩,V/F控制和矢量控制输出的电机电流可能区别比较大,性能上根本不能比.
举一个很简单的例子,在电机启动时,V/F控制需要的启动电流大小比矢量控制大. 

 

 

刘志斌

 

 “输出同样的电磁转矩,V/F控制和矢量控制输出的电机电流可能区别比较大

1
、在电机机械特性曲线上,同样的电磁转矩有两个点,这两个点的功率因数不同,电流不同,一个在堵转区,一个在稳定区;

2
、在稳定区,同样的电磁转矩,n1不同曲线不同电流不同!
3
、所以输出同样的电磁转矩,输出的电机电流可能区别比较大!
4
、所以同样的负载,n1的闭环控制与n2的闭环控制,由于不在一条机械特性曲线上,转速n2不同,电流不同,功率不同;
5
、或者同样的负载,n1的闭环控制与n2的闭环控制,由于不在一条机械特性曲线上,转速n2相同,功率相同,但电流不同;
6
、这只能说明n1的闭环控制与n2的闭环控制的不同;
7
、不能把n2的闭环控制惑众式的解释为变频器的什么特殊功能!

 

所有的不同,是n1的闭环控制与n2的闭环控制的不同,而不是设备的特殊功能!

 

有外观完全相同的两瓶水,可是一瓶水无味,一瓶水是甜的,结果由于解释不同,出了很大的乱子:
1
、一种解释说,那瓶有甜味的水是神水,无价之宝!
2
、一种解释说,那瓶无味的水没有放糖,所以不甜!
3
、都说有差别,但是有一个解释是骗人的!

 

 

支持国产变频

 

   首先还要特别的讨论刘老师的观点:
n1的闭环控制"是缺乏实际应用的观点,设计过变频器的人都知道,n1根本不需要什么闭环控制,在开环的情况下,n1的准确率都在99.99%以上,所以根本不存在刘老师说的n1的闭环控制的这种控制方式.
如果我们把异步电机的电磁转矩看成简单的两个磁场的作用,就是定子磁场和转子磁场相互作用,如果仅仅是调节转差,而两个磁场的大小不加以准确的控制的话,光是转差对转矩的作用就不是决定因素,直流电机通过励磁电流很好的控制磁场,这是直流电机转矩容易控制的根本,而异步电机不存在铭牌上告诉你励磁电流该多少,励磁电压该多少,因为其简单的不能从变频器的电压,电流中分离出来,所以V/F控制只能通过V/F恒定加点补偿的粗略方式来控制电机磁场,决定了其是粗略的.
引用刘老师的话:
病人生病了,医生拿出外观完全相同的两瓶输液水让病人选,一瓶水是加了药物的,一瓶水是没有加任何药物的输液水,结果由于受了刘老师的影响,病人说:
既然都是水,都没有差别,还是选择便宜的吧!
结果.....

 

 

刘志斌

 

  “病人生病了,医生拿出外观完全相同的两瓶输液水让病人选,一瓶水是加了药物的,一瓶水是没有加任何药物的输液水,结果由于受了刘老师的影响,病人说:
既然都是水,都没有差别,还是选择便宜的吧!

1
、如果医生拿来两瓶水让病人选,我想病人肯定不看医生了,立马转院!

2
、如过医生给病人说,一个甁是进口的药,一个甁是国产药,但价格不一样,让病人选,那要看病人有钱没钱!
3
、如果一个医道不好的医生知道病人有万贯家财,拿着加同样药物的输液水告诉病人,一个甁是进口的药,一个甁是国产药,问病人要那一瓶,我想这个医生的如意算盘肯定成!

 

  “支持国产变频:的发言,只是对与错的问题,不是骗人的,原因很简单,他没有用连他自己都不懂的忽悠之词蒙人!

 

 “如果我们把异步电机的电磁转矩看成简单的两个磁场的作用,就是定子磁场和转子磁场相互作用,如果仅仅是调节转差,而两个磁场的大小不加以准确的控制的话,光是转差对转矩的作用就不是决定因素,直流电机通过励磁电流很好的控制磁场,这是直流电机转矩容易控制的根本

1
、直流电机的调速控制,就是电枢端电压的控制;

2
、异步电机的调速控制,就是转差、转差率S的控制;
3
、由于异步电机的机械特性曲线分为两段,所以转差、转差率S的控制也分为两段,一个是稳定运行区,一个是堵转区;
4
、所谓矢量控制就是如何保证控制发生在稳定运行区,且转差率小的情况;
5
、只要满足上述情况,就是向直流电机那样,只调转矩电流;
6
、如果不满足4的情况,控制转矩的效果就差,电流就大,原因是功率因数低,无功电流大!

 

  “如果仅仅是调节转差,而两个磁场的大小不加以准确的控制的话

1
、异步电机的转差、转差率的控制,由于变频器的变频、变压而能灵活、准确的得以实现!

2
、两个磁场的大小和方向,也是转差、转差率的函数,机械特性曲线就是他们之间的关系曲线,两个磁场的大小的准确控制,也是转差、转差率的控制,就是我说的,转差、转差率的控制发生在机械特性曲线上那一点、那一段的问题;
3
、归根结底还是转差、转差率的控制!
4
、所有变频器的解偶坐标变换……都是文字游戏,让人看不懂,摸不着!

 

 

支持国产变频

 

不同意刘老师的说法:
2
、异步电机的调速控制,就是转差、转差率S的控制;
这个结论是建立在磁场控制在设计的曲线上这个关键的前提上,但是实际上,异步电动机的磁场是非常难以控制的,而转差通过检测转速是非常容易控制的,所以异步电机的调速难点关键在于磁场的控制,而不是转差的控制,对于V/F控制,如果按两条不同的V/F曲线来调速,最终控制的结果是区别很大的.在磁场控制不好的情况下面,转差的调节都达不到理想的要求.
这是V/F控制和矢量控制的最大本质区别,V/F控制对磁场的控制是一种非常简单粗略的控制,矢量控制通过对电流的转矩分量和磁场分量的解耦,达到磁场比较准确的控制(甚至直接矢量控制通过埋设磁场传感器来达到准确控制磁场的目的).磁场不能准确控制的V/F控制,在输出同样的电磁转矩下,变频器输出的电流通常比矢量控制的大,性能上当然不能相比.就象宝马和QQ,都是汽车,不同的代价,换回来的是不同的性能.

 

 

刘志斌

 

 “异步电动机的磁场是非常难以控制的,而转差通过检测转速是非常容易控制的,所以异步电机的调速难点关键在于磁场的控制,而不是转差的控制,

1
、异步电动机的磁场是电源、电机参数、负载三方面因数决定的;

2
、这里唯一能控制的就是电源的频率(和电压),也就是转差和转差率!
3
、异步电机转矩的控制,不是要控制磁场,而是要控制转差、转差率选择合适的磁场环境;
4
、例如,如果转差、转差率是在稳定区,且转差,转差率S越小,那么转子的功率因数就是1,转子电流就是转矩电流,控制转子电流就像控制直流电机一个样!
5
、上述情况难道是谁控制了磁场吗?不是,谁也控制不了,我们只是控制了转差、转差率,选择了不同的磁场环境而已;
6
、对于异步电机的磁场,我们无法控制,我们可以通过控制转差、转差率,选择我们需要的磁场环境,躲避恶劣的磁场环境!

 

 

天下一人

 

    支持国产变频 给个建议:介绍变频器入门资料看看

 

 

刘志斌

 

  “矢量控制通过对电流的转矩分量和磁场分量的解耦,达到磁场比较准确的控制(甚至直接矢量控制通过埋设磁场传感器来达到准确控制磁场的目的)

1
、变频器没有矢量控制通过对电流的转矩分量和磁场分量的解耦的能力,只有通过转差、转差率来选择转子功率因数大小的能力;

2
甚至直接矢量控制通过埋设磁场传感器来达到准确控制磁场的目的的说法,是懂的人忽悠不懂的人!

 

 

刘志斌

 

  “磁场不能准确控制的V/F控制,在输出同样的电磁转矩下,变频器输出的电流通常比矢量控制的大,性能上当然不能相比.就象宝马和QQ,都是汽车,不同的代价,换回来的是不同的性能.

1
n1(及相关量)的闭环控制与n2(及相关量)的闭环控制有差别;

2
、直流电机的电压U的闭环控制与转子电枢转速n的闭环控制也有差别;
3
、但不能夸大它的这种差别,更不能用文字忽悠不懂的人,要把实情告诉人们!

 

 

支持国产变频

 

   to 天下一人:
个人推荐:李永东,交流电机数字控制系统[M],北京机械工业出版社,2002
对于刘老师的完全是无稽之谈的观点:

1
、异步电动机的磁场是电源、电机参数、负载三方面因数决定的;
2
、这里唯一能控制的就是电源的频率(和电压),也就是转差和转差率!
3
、异步电机转矩的控制,不是要控制磁场,而是要控制转差、转差率选择合适的磁场环境;
4
、例如,如果转差、转差率是在稳定区,且转差,转差率S越小,那么转子的功率因数就是1,转子电流就是转矩电流,控制转子电流就像控制直流电机一个样!
5
、上述情况难道是谁控制了磁场吗?不是,谁也控制不了,我们只是控制了转差、转差率,选择了不同的磁场环境而已;
6
、对于异步电机的磁场,我们无法控制,我们可以通过控制转差、转差率,选择我们需要的磁场环境,躲避恶劣的磁场环境!

讲异步电机磁场不用控制,就象讲直流电机不需要励磁控制一样也能,调转差的讲法如果对于只看过一本电机学的人来讲是可以理解的,因为电机学的课本可能误给人一种感觉,书本上给出的曲线就和刘老师前面贴上的一样.建议刘老师去买本1990年以后编的书看看再来讨论,很多东西对于我们工程人员来讲看了是很可笑的,比如n1的闭环控制,n1的闭环控制可能只有刘老师敢讲,不知道刘老师的n1闭环控制的精度是多少,超调是多少,我们的n1不闭环控制都能达到99.999%,不知道刘老师用什么PI调节器能达到我们的水平,建议使用模糊神经网络自适应PI调节器,可以顺便写篇博士论文了.
异步电动机的控制技术最新发展都集中在电机磁链的观测上面,很多新的控制理论,自适应,滑模,神经网络应用于异步电动机的控制都主要在于电机磁链的观测上.

 

 

刘志斌

 

  “比如n1的闭环控制,n1的闭环控制可能只有刘老师敢讲,不知道刘老师的n1闭环控制的精度是多少,超调是多少,我们的n1不闭环控制都能达到99.999%”

1
、你说n1不需要闭环控制,理由是数字技术可以精确开环控制n1的大小,这个说法是对的;

2
、但是要实现ni的相关量的闭环控制,不能用n1的开环来代替,例如恒压供水;

 

  “买本1990年以后编的书看看再来讨论

1
、1990年以后编的电机学书,与其它电机理论没有区别;

2
、其实很多有关矢量控制理论都是建立在转差、转差率的调节控制理论之上;

 

  “异步电动机的控制技术最新发展都集中在电机磁链的观测上面,很多新的控制理论,自适应,滑模,神经网络应用于异步电动机的控制都主要在于电机磁链的观测上

1
、三相异步电机的磁链理论就是三相正弦分布的对称绕组通入三相对称正弦交流电,产生一个圆旋转磁场;

2
、由于用PWM调宽调制波代替正弦波,这样磁场不是圆旋转磁场,所以产生了相应的问题和矛盾;
3
、要控制改变电机磁场,还是要通过PWM调宽调制波的包络的频率f和电压U来实现;
4
、有什么样的频率f和电压U就有什么样的旋转磁场,我不知你还有什么秘方能控制电机磁链

 

 “很多新的控制理论,自适应,滑模,神经网络应用于异步电动机的控制都主要在于电机磁链的观测上

1
、很多新的控制理论,自适应,滑模,神经网络应用于异步电动机的控制;

2
、他们把异步电机的各种运行参数,通过自整定存入微处理器;
3
、这样电机的任何运行状态参数的变化都能通过自辨识功能得以精确测定,作为控制的依据,不管开环控制还是闭环控制都能做到更加精确更加可靠;
4
、这样电机磁链的观测或检测并不是很重要,甚至可以省去,就和无传感器的矢量控制一样;
5
、任何异步电机的控制功能都离不开转差、转差率的控制,因为转子绕组的电流、电势、转矩都是由它决定的,你应该充分认识到这一点,如果忽略这一点,结论就会出错!

 

、异步电动机的磁场是电源、电机参数、负载三方面因数决定的;
2
、这里唯一能控制的就是电源的频率(和电压),也就是转差和转差率!
3
、异步电机转矩的控制,不是要控制磁场,而是要控制转差、转差率选择合适的磁场环境;
4
、例如,如果转差、转差率是在稳定区,且转差,转差率S越小,那么转子的功率因数就是1,转子电流就是转矩电流,控制转子电流就像控制直流电机一个样!
5
、上述情况难道是谁控制了磁场吗?不是,谁也控制不了,我们只是控制了转差、转差率,选择了不同的磁场环境而已;
6
、对于异步电机的磁场,我们无法控制,我们可以通过控制转差、转差率,选择我们需要的磁场环境,躲避恶劣的磁场环境!

 

    变频器有选择转差、转差率的能力,它可以使电机工作在功率因数高,电流小,转矩大的状态下,这就是它矢量控制的本质,而不是别的!

 

 

支持国产变频

 

   如果说异步电机磁场都不用控制的,那还要什么v/f控制哦,按刘老师这么说,v/f曲线都不用设了,电压也不用调了,直接调转差就行了,转差调节不就是个加减法运算吗,变频器最关键的东西应该就是速度编码器了,速度准了,加上或减去转差就可以了,那变频器的VVVF就应该改成VF就可以了,请刘老师给大家解释一下变压是为了什么呀!
3
、要控制改变电机磁场,还是要通过PWM调宽调制波的包络的频率f和电压U来实现;
4
、有什么样的频率f和电压U就有什么样的旋转磁场,我不知你还有什么秘方能控制电机磁链
这两句话完全矛盾,既然知道磁场要通过频率f和电压U来实现,为什么不能控制电机的磁链,那我们变压的目的不是在恒磁场区保持磁场的恒定吗?这个都还来讨论,建议哪位有兴趣可以给刘老师讲讲变频器的基本原理.

 

 

winter938

 

 

刘志斌

 

 “既然知道磁场要通过频率f和电压U来实现,为什么不能控制电机的磁链

1
、要控制改变电机磁场,还是要通过PWM调宽调制波的包络的频率f和电压U来实现;

2
、有什么样的频率f和电压U就有什么样的旋转磁场;
3
、如果你认为12是对的,那么你的下列说法就是错误的:异步电动机的磁场是非常难以控制的,而转差通过检测转速是非常容易控制的,所以异步电机的调速难点关键在于磁场的控制,而不是转差的控制,

 

 

刘志斌

 

 “异步电动机的磁场是非常难以控制的,而转差通过检测转速是非常容易控制的,所以异步电机的调速难点关键在于磁场的控制,而不是转差的控制,

1
、要控制改变电机磁场,还是要通过PWM调宽调制波的包络的频率f和电压U来实现;

2
、有什么样的频率f和电压U就有什么样的旋转磁场;
3
所以异步电机的调速难点关键在于磁场的控制,而不是转差的控制的说法把磁场的控制与改变频率f和电压U的转差的控制对立起来是错误的!

 

 

winter938

 

    关于电磁转矩是否应该由机械负载来决定?就象液压系统中泵的出口压力取决于泵出口的液压负荷一样?变频输出的频率,电压,和驱动的电机产生的转矩,磁通,电流,转差,以及输出轴的机械负荷转速,转矩这几者谁是因谁是果?谁决定谁?我觉得应该在弄清这些因果关系后才能对控制进行准确的定义,不能把控制方式和控制的目的混为一谈.

 

 

刘志斌

 

  异步电动机的磁场是电源、电机参数、负载三方面因数决定的,同意楼上的观点!

 

  在负载一定,电机一定的情况下,变频控制异步电机磁场的唯一手段就是要通过PWM调宽调制波的包络的频率f和电压U来实现;

 

 

winter938

 

   在负载一定,电机一定的情况下,变频控制异步电机磁场的唯一手段就是要通过PWM调宽调制波的包络的频率f和电压U来实现;

按此说法,所谓的矢量模式和V/F模式,以及DTC模式只不过是根据控制的算法(模型)区分出来的,建立的很多模型也只是为了获得一种算法,算法不同电机的表现自然不同.

 

 

刘志斌

 

转摘(未曾编辑)
<
交流调速的所有方法都可归结为电磁功率和损耗功率两种控制方案,电磁功率控制改变的是理想空载转速,调速是高效率的;损耗功率控制增大的是转速降,调速是低效率的;

 

1、  变频器只在第二种控制转子转速n2,即n2的闭环控制时,发挥了它变频、变压的能力,通过控制调解n1,主动的改变了转差、转差率S,即电磁功率控制改变的是理想空载转速,调速是高效率的!

2、变频器只在第一种控制同步转速n1,即n1的闭环控制时,发挥了它变频、变压的能力,通过控制调解n1,被动的改变了转差、转差率S,即损耗功率控制增大的是n2转速降,调速是低效率的!

 

转摘(层次有编辑)
1
、异步电机稳态输出转矩必须服从客观存在的负载转矩Tfz,而负载转矩只决定于负载性质,与控制无关;
2
、动态转矩是功率控制与转速惯性作用的结果,并自动随转速响应而减小,直至新的转矩平衡时降为零;
3
、因此,输出转矩(即电磁转矩)不能成为调速控制量,电机转速只能通过控制机械功率才能调速;

 

 

支持国产变频

 

   winter938贴出来的文章很多看法不赞同,这篇文章有给所谓的内馈调速打广告的嫌疑.如果这篇文章是否在业界权威期刊(<中国电机工程学报>,<电工技术学报>)上发表,在什么<电气传动>等垃圾杂志上发表大家就用不着看了.
对于异步电动机的调速,归根到底是对电机电磁转矩的控制已经是业界的共识,对于所谓的机械功率控制的什么方式,都是换个花样说说罢了,瞎推导两下就说什么功率控制,不知道电磁转矩控制什么功率,不客气的说纯粹是学术骗子.如果觉得自己提出了什么新控制方式,那就说说自己的控制方式与我前面给出来的两种控制框图(V/F,矢量控制)有什么区别.
国内的学术骗子太多了,动不动就说自己提出了什么什么,怎么不拿到国外IEEE上去发表发表,我们部门那么多浙大博士,海龟,他们做变频研究这么多年,还没有听说他们提出什么新方式,太可笑了.

 

 

支持国产变频

 

   上面的公式2.10就是电机的运动方程,Te就是电磁转矩,Tl是机械负载转矩,Wr就是角速度.从这几个公式可以明显的看出,要调节Wr,机械负载转矩是外部负载调节决定,一旦确定工作条件就是基本不变,所以只有Te是变频器能控制电机的唯一输出,整个变频器-电机系统对外输出的只有电磁转矩.电磁转矩严重依赖于电机磁场,每个电机的磁场有个设计的曲线,变频器能否控制电机实际工作磁场是否接近设计值是比滑差控制更重要的任务.如果仅仅控制滑差这么简单,那西门子,ABB的变频器早就被我们踢出去了,因为简单到这种程度的控制就象我们沿海做儿童玩具,衣服一样,我们的生产成本优势早就让德国人早就用上中国人的变频器了.这可能吗?

 

 

刘志斌

 

   支持国产变频:(2.9)式是错误的!

  下列等式不成立:
Lm(IIs) = (ψIs)

 

 

支持国产变频

 

 

 

刘志斌

 

 该式是错误的:Lm(Ir×Is) = (ψs×Is)
  
正确的应该是:(ψs×Is) = LsIsIs + Lm(Ir×Is)

 

 

 

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