矢量控制的原理是什么?矢量控制和标量控制有什么区别?

矢量控制在产业界受到的关注越来越多，矢量控制除了用在高性能的电机应用场合外，也已用在一些家电的应用中。为增进大家对矢量控制的认识，本文将对矢量控制的原理以及矢量控制和标量控制的区别予以介绍。如果你对矢量控制具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、矢量控制原理

矢量控制的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。

矢量控制系统，坐标变换是核心思想。矢量控制的基本思想是以产生同样的旋转磁动势为准则，将异步电动机在静止三相坐标系上的定子交流电流等效成两相静止坐标系上的交流电流，在通过坐标旋转变换将其等效成同步旋转坐标系上的直流电流，等效过程中实现磁通和转矩的解耦控制，达到直流电机的控制效果，得到直流电动机的控制量。便可将三相异步电动机等效为直流电动机来控制，获得与直流调速系统接近的动、静态性能。

基于转差频率控制的矢量控制方式同样是在进行U / f =恒定控制的基础上，通过检测异步电动机的实际速度n，并得到对应的控制频率f，然后根据希望得到的转矩，分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位，对通用变频器的输出频率f进行控制的。基于转差频率控制的矢量控制方式的最大特点是，可以消除动态过程中转矩电流的波动，从而提高了通用变频器的动态性能。早期的矢量控制通用变频器基本上都是采用的基于转差频率控制的矢量控制方式。

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，要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的，但人们发现，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的电动机的铭牌参数，按照一定的关系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，并输出转矩，从而实现矢量控制。

二、矢量控制和标量控制的区别

标量控制和矢量控制是电机控制领域中两种不同的控制方法。

标量控制是指控制电机的转速，同时控制转速来间接实现对电机的转矩控制。利用电机等效电路模型，通过调整电机的电压、电流和频率等参数实现转速控制。标量控制器适用于负载变化较小、负载要求不高的场合，如风扇、水泵等传统的电机应用。

在标量控制中，仅对电机的基本物理量，如电压、电流、磁通等进行控制，而不涉及电机的矢量参数。该控制方法的优点在于简单易实现，但缺点是其控制精度有限，控制效果不够优异。

矢量控制是指直接对电机的磁通、电流进行控制，实现对电机的转矩、转速、位置等参数的精确控制，从而实现对电机的高效控制。在矢量控制中，可以根据电机转子位置和磁极数来计算出电机的转矩和转速，并通过调整电机电流、电压和频率等参数来控制电机的运行状态，从而达到高精度的控制效果。矢量控制器适用于复杂负载要求高的场合，如电动汽车、电机数控等高端电机控制应用。

在矢量控制中，除了控制电机的基本物理量外，还对电机的矢量参数进行控制，如转子磁场定向、电流矢量控制等，从而可以更精确地控制电机的转速和转矩，并且可以实现高性能、高精度的控制效果。矢量控制主要包括感应电机矢量控制和永磁同步电机矢量控制两种。

总之，标量控制适用于常规的电机控制应用，而矢量控制则适用于对电机性能要求更高、复杂度更高的控制应用。相较于标量控制，矢量控制具有更强的控制能力和更高的控制精度，在实际应用中有着更广泛的适用性和更优秀的性能表现。

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