ATV71的电机控制
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自动补偿 (定子绕组压降和滑差)
100%
C/Cn
ATV71
U/F 控制
手动补偿 (原点的U0)
13
F hz FrS
5 10
ATV71 M3 motor control R3
F hz FrS
Summary 8
磁通矢量控制
➢ 转矩/电流关系
• 电流与转矩之间的关系取决于电机的类型和规格，以及控制曲线的优化。
Altivar 71 培训
电机控制
ATV71 M3 motor control R3
Summ 包含多种电机控制模式.
这些电机控制模式使得变频器适用于各种不同形式的异步电机，同 步电机和机械.
本模块描述他们的原理，应用，以及各自相关的功能.
ATV71 M3 motor control R3
II. 电机控制菜单
III. 电机过压保护
IV. 特殊应用
ATV71
ATV71 M3 motor control R3
Summary 4
电机控制模式 ATV71 磁通矢量控制基础
ATV71 M3 motor control R3
Summary 5
磁通矢量控制基础 ATV71
• 由于异步电机的电气参数（电流，电压，磁通）都是交变的，所以使得异步电机的控制 变得比较困难.
Id
电流/转矩限幅
+
s
+
s
积分
Iq
速度估算
滑差补偿
Id Iq
电流测量 (d,q) (a,b,c)
• ref=给定磁通 Id=测量的激磁电流 Iq=测量的转矩电流 Id=激磁电流给定 • Iq=转矩电流给定 est=估算速度 cons=速度设定点 s=静态频率 • s=静态角度 Vd,Vq=施加电压 Va,Vb,Vc=调制电压
ATV71 M3 motor control R3
Summary 13
电压磁通矢量控制模式（SVCU） ATV71 磁通估算
ref
磁通计算
cons
+
速度斜坡
-
速度调节
Id ref Iq ref
电压计算 电流调节
Vd, Vq
Va
(d,q)
Vb
(a,b,c) Vc
PWM
电流传感器 电机
速度估算
est
电流磁通矢量控制（ CTT=FVC）
➢ 闭环下的转矩特性曲线 (电动机象限 11kW) ➢ Closed loop torque curves
ATV71
ATV71 M3 motor control R3
Summary 27
电流磁通矢量控制（ CTT=FVC） ATV71
➢ 闭环下的转矩特性曲线 (电动机象限 11kW 0-5Hz)
0%
0.5 In
50%
“Id” = 磁通
ATV71 M3 motor control R3
Summary 9
电机控制模式 ATV71 电压磁通矢量控制模式 SVC U
ATV71 M3 motor control R3
Summary 10
电压磁通矢量控制模式（SVCU）
• 电压矢量控制 综合考虑了性能和 鲁棒性能.
• 况且，磁通和转矩都取决于电流（直流电机的激磁电流和电枢电流是相互独立的）. • 磁通矢量控制的源流就要把电机的一些关系式进行变换：
– 变量变成连续而不再交变的量（向量） – 简化计算公式，对磁通和转矩变量进行解耦
磁通 r = K1 Id 转矩 C = K2 s Iq
• 磁通正比于电流的直轴分量 Id（称为无功分量或激磁电流）。 • 在磁通恒定的情况下，转矩正比于电流的交轴分量Iq（称为有功分量或转矩电流）。
Summary 2
目录
ATV71
I. 电机控制模式 II. 电机控制菜单 III. 电机过压保护 IV. 特殊应用
ATV71 M3 motor control R3
Summary 3
电机控制
I. 电机控制模式
• 磁通矢量控制基础 • 电压磁通矢量控制模式 SVC U • 电流磁通矢量控制模式SVC I • 电压频率比控制模式 (U/f) • 同步电机控制模式
SSVVCCUI
ATV71 M3 motor control R3
Summary 24
电流磁通矢量控制（ CTT=FVC）
➢ 闭环特性
• 不管在电动机象限还是在发电机象限，都有零速转矩
• 速度精度为额定速度的 0,02%* • 调速范围为1：1000*(可以高达 5000,取决于编码器)
• 带宽: – 0.37 to 2.2kW – 3 to 7.5kW – 7.5 to 75kW – 280 kW – 500 kW
ATV71
例如，某电机的 Id = 50% of In
转矩 2 In
220%
162%
1.5 In
100%
In
典型值
Motor
>= 750 kW >= 400 kW >= 150 kW
>= 1kW >= 0.2 kW
I magn (Id) 30% 40% 50% 60% 70%
Torque at Torque at I=150% I=200% 153% 207% 157% 213% 162% 222% 172% 239% 185% 261%
SFVVCCI
ATV71 M3 motor control R3
Summary 28
电流磁通矢量控制
➢ 转矩控制模式
速度给定
+
速度斜坡
ACC/DEC
速度反馈 速度环
➢ 性能 :
• 有良好的动态性能
• 过转矩能力从170%到超过 200%, 取决于电机及其参数自整定 (电流限幅的范围在变频 器额定输出电流In的150%至160%之间可调整）
• 在电动机象限，在1Hz（电机参数优化后0.5Hz)提供额定转矩 • 在发电机象限，在滑差频率可提供额定转矩
• 最高输出频率 500Hz • 速度精度=<10 %的滑差
• 带宽: – 0.37 to 2.2kW – 3 to 7.5kW – 7.5 to 75kW – 280 kW – 500 kW
15Hz 12Hz 10Hz 4 Hz 2 Hz.
• 性能保证于与变频器相同规格或至多小一规格的电机.
• 为了获得最佳的性能，必须输入电机的铭牌，并进行自整定
ATV71
ATV71 M3 motor control R3
Summary 18
电流磁通矢量控制
• 电流磁通矢量控制 可获得更好的静态和动态性能，用于速度和转矩控制. • 需要电机的精确的特性和模型 • 这种模型兼容ATV58F • 作用于开环或闭环控制
➢ 应用 :
• 垂直提升运动 • 高速处理机械 • 快速物料输送 • 定位 • 对转矩控制功能的基本模型
滑差补偿
Id Iq
电流测量 (d,q) (a,b,c)
• ref=磁通给定 Id=测量的激磁电流 Iq=测量的转矩电流 Id=给定激磁电流 • Iq=给定转矩电流 est=估算速度 cons=速度设定点 s=定子频率 • s=定子角度 Vd,Vq=施加电压 Va,Vb,Vc=调制电压
ATV71 M3 motor control R3
ATV71 M3 motor control R3
Summary 14
电压磁通矢量控制模式（SVCU） ATV71
➢ 转矩曲线 (11kW 400V 电动机象限）
ATV71 M3 motor control R3
Summary 15
电压磁通矢量控制模式（SVCU） ATV71
➢ 转矩曲线 (11kW 400V 电动机象限， 0-5Hz)
50Hz 30Hz 15Hz 8 Hz 5 Hz
• 不能用于电机并联.
• 转矩调节模式: – 精度 5% – 设定高达额定转矩的 +/-300%
*典型值，取决于编码器的分辨率
ATV71 M3 motor control R3
ATV71 Summary 25
电流磁通矢量控制（ CTT=FVC） ATV71
Id 磁通
r s
转矩
Iq
• 矢量控制可以估算速度，从而实时校正转矩和磁通. • 这样相对于标量压频比模式，其低频转矩，动态相应，以及速度精度都有大幅度提高.
ATV71 M3 motor control R3
Summary 7
磁通矢量控制基础
➢ U/F和磁通矢量控制的比较
C/Cn 200 %
磁通矢量控制
• 同 ATV58的控制性能
• 仅仅用于开环模式
➢ 应用场合 :
• 提升 • 一般的物料输送设备 • 需要低速力矩的机械 • 并联电机，磁阻同步电机 • 不平衡负载， ENA 功能 • 取代 ATV58 …
ATV71
ATV71 M3 motor control R3
Summary 11
电压磁通矢量控制模式（SVCU） ATV71
• 调速范围： – 电动机象限1:50，参数优化后可达1:100 – 发电机象限，取决于电机的额定滑差
• 可用于电机并联
ATV71 M3 motor control R3
Summary 12
电压磁通矢量控制模式（SVCU）
➢ 性能 :
• 在发电机象限调速范围取决于电机的滑差
• 使用编码器速度反馈可以改善静态速度精度，以及保证蠕动检测
电流磁通矢量控制（ CTT=VCSI ） ATV71
➢ 开环
磁通校正环
ref
磁通计算
cons
+
速度斜坡
-
est
激磁电抗的估算 Id ref
Id
速度调节
Iq ref
电压计算 电流调节
Vd, Vq
Va
(d,q)
Vb
(a,b,c) Vc
PWM
电流传感器 电机
Id
电流/转矩 限制
+
s
+
s
积分
Iq
速度估算
• 速度精度 =<10 % 的电机额定滑差
• 电动机象限调速范围：1：50（参数优化后可达1:100) • 发电机象限的调速范围取决于电机的额定滑差 • 转矩控制 :
– 精度： 15% – 可设定到额定转矩的+/-300%
ATV71
ATV71 M3 motor control R3
Summary 21
ATV71 M3 motor control R3
Summary 20
电流磁通矢量控制（ CTT=VCSI ）
➢ 开环特性
• 总体性能与电压磁通矢量控制可比.
• 总是具有更好的速度精度和更好的弱磁制动.
• 可用于驱动并联连接的规格相同的电机 • 在电动机象限，1Hz以上（电机参数优化后0.5Hz以上）提供额定转矩 • 在发电机象限，滑差频率以上提供额定转矩
ATV71 M3 motor control R3
Summary 16
电压磁通矢量控制模式（SVCU）
➢ ATV71/ATV58的对比 (7.5kW 400V 电动机象限)
ATV71
ATV71 2.2Tn
ATV58 1.7Tn
ATV71 M3 motor control R3
Summary 17
电机控制模式 ATV71 电流磁通矢量控制SVCI和FVC
Summary 22
电流磁通矢量控制（ CTT=VCSI ） ATV71
➢ 开环下的转矩曲线 (电动机象限 11kW)
ATV71 M3 motor control R3
Summary 23
电流磁通矢量控制（ CTT=VCSI ） ATV71
➢ 开环下的转矩曲线 (电动机象限 11kW 0-5Hz)
ATV71 M3 motor control R3
Summary 6
磁通矢量控制基础
• 矢量控制将电流分为产生转矩的有功电流分量和产生磁通的无功电流分量 • 这样异步电机就可以类比于一台他励式直流电机 • 转矩可以保持恒定，在整个速度范围内可以获得恒转矩
ATV71
直流电机 r
激磁电流
s 电枢电流
异步电机
ATV71
ATV71 M3 motor control R3
Summary 19
电流磁通矢量控制 ATV71
➢ 性能 :
• 具有很好的动态速度和转矩特性 • 过转矩能力从170% 到超过200%, 取决于电机和设置的优化（电流限幅调整范围为
150% 至165% 的变频器额定输出电流 • 最高输出频率 500Hz • 需要详细的电机铭牌数据以及参数优化. • 由于有了磁通反馈，从而可以改善不带制动电阻时的制动性能
• ref=磁通给定 Id=测量的激磁电流 Iq=测量的转矩电流 Id=给定激磁电流 • Iq=给定转矩电流 est=估算速度 cons=速度设定点 s=定子频率 • s=定子角度 Vd,Vq=施加电压 Va,Vb,Vc=调制电压
ATV71 M3 motor control R3
Summary 26
➢ 闭环
ref
磁通计算
cons
+
速度斜坡
-
est
实际速度
激磁电抗 Id ref
估算
Id
速度调节
Iq ref
电压计算 电流调节
Vd, Vq
Va
(d,q)
Vb
(a,b,c) Vc
PWM
电流传感器 电机
编码器
Id
电流/转矩 限幅
+
s
+
s
积分
速度测量
Iq
滑差补偿
Id Iq
电流测量 (d,q) (a,b,c)
100%
C/Cn
ATV71
U/F 控制
手动补偿 (原点的U0)
13
F hz FrS
5 10
ATV71 M3 motor control R3
F hz FrS
Summary 8
磁通矢量控制
➢ 转矩/电流关系
• 电流与转矩之间的关系取决于电机的类型和规格，以及控制曲线的优化。
Altivar 71 培训
电机控制
ATV71 M3 motor control R3
Summ 包含多种电机控制模式.
这些电机控制模式使得变频器适用于各种不同形式的异步电机，同 步电机和机械.
本模块描述他们的原理，应用，以及各自相关的功能.
ATV71 M3 motor control R3
II. 电机控制菜单
III. 电机过压保护
IV. 特殊应用
ATV71
ATV71 M3 motor control R3
Summary 4
电机控制模式 ATV71 磁通矢量控制基础
ATV71 M3 motor control R3
Summary 5
磁通矢量控制基础 ATV71
• 由于异步电机的电气参数（电流，电压，磁通）都是交变的，所以使得异步电机的控制 变得比较困难.
Id
电流/转矩限幅
+
s
+
s
积分
Iq
速度估算
滑差补偿
Id Iq
电流测量 (d,q) (a,b,c)
• ref=给定磁通 Id=测量的激磁电流 Iq=测量的转矩电流 Id=激磁电流给定 • Iq=转矩电流给定 est=估算速度 cons=速度设定点 s=静态频率 • s=静态角度 Vd,Vq=施加电压 Va,Vb,Vc=调制电压
ATV71 M3 motor control R3
Summary 13
电压磁通矢量控制模式（SVCU） ATV71 磁通估算
ref
磁通计算
cons
+
速度斜坡
-
速度调节
Id ref Iq ref
电压计算 电流调节
Vd, Vq
Va
(d,q)
Vb
(a,b,c) Vc
PWM
电流传感器 电机
速度估算
est
电流磁通矢量控制（ CTT=FVC）
➢ 闭环下的转矩特性曲线 (电动机象限 11kW) ➢ Closed loop torque curves
ATV71
ATV71 M3 motor control R3
Summary 27
电流磁通矢量控制（ CTT=FVC） ATV71
➢ 闭环下的转矩特性曲线 (电动机象限 11kW 0-5Hz)
0%
0.5 In
50%
“Id” = 磁通
ATV71 M3 motor control R3
Summary 9
电机控制模式 ATV71 电压磁通矢量控制模式 SVC U
ATV71 M3 motor control R3
Summary 10
电压磁通矢量控制模式（SVCU）
• 电压矢量控制 综合考虑了性能和 鲁棒性能.
• 况且，磁通和转矩都取决于电流（直流电机的激磁电流和电枢电流是相互独立的）. • 磁通矢量控制的源流就要把电机的一些关系式进行变换：
– 变量变成连续而不再交变的量（向量） – 简化计算公式，对磁通和转矩变量进行解耦
磁通 r = K1 Id 转矩 C = K2 s Iq
• 磁通正比于电流的直轴分量 Id（称为无功分量或激磁电流）。 • 在磁通恒定的情况下，转矩正比于电流的交轴分量Iq（称为有功分量或转矩电流）。
Summary 2
目录
ATV71
I. 电机控制模式 II. 电机控制菜单 III. 电机过压保护 IV. 特殊应用
ATV71 M3 motor control R3
Summary 3
电机控制
I. 电机控制模式
• 磁通矢量控制基础 • 电压磁通矢量控制模式 SVC U • 电流磁通矢量控制模式SVC I • 电压频率比控制模式 (U/f) • 同步电机控制模式
SSVVCCUI
ATV71 M3 motor control R3
Summary 24
电流磁通矢量控制（ CTT=FVC）
➢ 闭环特性
• 不管在电动机象限还是在发电机象限，都有零速转矩
• 速度精度为额定速度的 0,02%* • 调速范围为1：1000*(可以高达 5000,取决于编码器)
• 带宽: – 0.37 to 2.2kW – 3 to 7.5kW – 7.5 to 75kW – 280 kW – 500 kW
ATV71
例如，某电机的 Id = 50% of In
转矩 2 In
220%
162%
1.5 In
100%
In
典型值
Motor
>= 750 kW >= 400 kW >= 150 kW
>= 1kW >= 0.2 kW
I magn (Id) 30% 40% 50% 60% 70%
Torque at Torque at I=150% I=200% 153% 207% 157% 213% 162% 222% 172% 239% 185% 261%
SFVVCCI
ATV71 M3 motor control R3
Summary 28
电流磁通矢量控制
➢ 转矩控制模式
速度给定
+
速度斜坡
ACC/DEC
速度反馈 速度环
➢ 性能 :
• 有良好的动态性能
• 过转矩能力从170%到超过 200%, 取决于电机及其参数自整定 (电流限幅的范围在变频 器额定输出电流In的150%至160%之间可调整）
• 在电动机象限，在1Hz（电机参数优化后0.5Hz)提供额定转矩 • 在发电机象限，在滑差频率可提供额定转矩
• 最高输出频率 500Hz • 速度精度=<10 %的滑差
• 带宽: – 0.37 to 2.2kW – 3 to 7.5kW – 7.5 to 75kW – 280 kW – 500 kW
15Hz 12Hz 10Hz 4 Hz 2 Hz.
• 性能保证于与变频器相同规格或至多小一规格的电机.
• 为了获得最佳的性能，必须输入电机的铭牌，并进行自整定
ATV71
ATV71 M3 motor control R3
Summary 18
电流磁通矢量控制
• 电流磁通矢量控制 可获得更好的静态和动态性能，用于速度和转矩控制. • 需要电机的精确的特性和模型 • 这种模型兼容ATV58F • 作用于开环或闭环控制
➢ 应用 :
• 垂直提升运动 • 高速处理机械 • 快速物料输送 • 定位 • 对转矩控制功能的基本模型
滑差补偿
Id Iq
电流测量 (d,q) (a,b,c)
• ref=磁通给定 Id=测量的激磁电流 Iq=测量的转矩电流 Id=给定激磁电流 • Iq=给定转矩电流 est=估算速度 cons=速度设定点 s=定子频率 • s=定子角度 Vd,Vq=施加电压 Va,Vb,Vc=调制电压
ATV71 M3 motor control R3
ATV71 M3 motor control R3
Summary 14
电压磁通矢量控制模式（SVCU） ATV71
➢ 转矩曲线 (11kW 400V 电动机象限）
ATV71 M3 motor control R3
Summary 15
电压磁通矢量控制模式（SVCU） ATV71
➢ 转矩曲线 (11kW 400V 电动机象限， 0-5Hz)
50Hz 30Hz 15Hz 8 Hz 5 Hz
• 不能用于电机并联.
• 转矩调节模式: – 精度 5% – 设定高达额定转矩的 +/-300%
*典型值，取决于编码器的分辨率
ATV71 M3 motor control R3
ATV71 Summary 25
电流磁通矢量控制（ CTT=FVC） ATV71
Id 磁通
r s
转矩
Iq
• 矢量控制可以估算速度，从而实时校正转矩和磁通. • 这样相对于标量压频比模式，其低频转矩，动态相应，以及速度精度都有大幅度提高.
ATV71 M3 motor control R3
Summary 7
磁通矢量控制基础
➢ U/F和磁通矢量控制的比较
C/Cn 200 %
磁通矢量控制
• 同 ATV58的控制性能
• 仅仅用于开环模式
➢ 应用场合 :
• 提升 • 一般的物料输送设备 • 需要低速力矩的机械 • 并联电机，磁阻同步电机 • 不平衡负载， ENA 功能 • 取代 ATV58 …
ATV71
ATV71 M3 motor control R3
Summary 11
电压磁通矢量控制模式（SVCU） ATV71
• 调速范围： – 电动机象限1:50，参数优化后可达1:100 – 发电机象限，取决于电机的额定滑差
• 可用于电机并联
ATV71 M3 motor control R3
Summary 12
电压磁通矢量控制模式（SVCU）
➢ 性能 :
• 在发电机象限调速范围取决于电机的滑差
• 使用编码器速度反馈可以改善静态速度精度，以及保证蠕动检测
电流磁通矢量控制（ CTT=VCSI ） ATV71
➢ 开环
磁通校正环
ref
磁通计算
cons
+
速度斜坡
-
est
激磁电抗的估算 Id ref
Id
速度调节
Iq ref
电压计算 电流调节
Vd, Vq
Va
(d,q)
Vb
(a,b,c) Vc
PWM
电流传感器 电机
Id
电流/转矩 限制
+
s
+
s
积分
Iq
速度估算
• 速度精度 =<10 % 的电机额定滑差
• 电动机象限调速范围：1：50（参数优化后可达1:100) • 发电机象限的调速范围取决于电机的额定滑差 • 转矩控制 :
– 精度： 15% – 可设定到额定转矩的+/-300%
ATV71
ATV71 M3 motor control R3
Summary 21
ATV71 M3 motor control R3
Summary 20
电流磁通矢量控制（ CTT=VCSI ）
➢ 开环特性
• 总体性能与电压磁通矢量控制可比.
• 总是具有更好的速度精度和更好的弱磁制动.
• 可用于驱动并联连接的规格相同的电机 • 在电动机象限，1Hz以上（电机参数优化后0.5Hz以上）提供额定转矩 • 在发电机象限，滑差频率以上提供额定转矩
ATV71 M3 motor control R3
Summary 16
电压磁通矢量控制模式（SVCU）
➢ ATV71/ATV58的对比 (7.5kW 400V 电动机象限)
ATV71
ATV71 2.2Tn
ATV58 1.7Tn
ATV71 M3 motor control R3
Summary 17
电机控制模式 ATV71 电流磁通矢量控制SVCI和FVC
Summary 22
电流磁通矢量控制（ CTT=VCSI ） ATV71
➢ 开环下的转矩曲线 (电动机象限 11kW)
ATV71 M3 motor control R3
Summary 23
电流磁通矢量控制（ CTT=VCSI ） ATV71
➢ 开环下的转矩曲线 (电动机象限 11kW 0-5Hz)
ATV71 M3 motor control R3
Summary 6
磁通矢量控制基础
• 矢量控制将电流分为产生转矩的有功电流分量和产生磁通的无功电流分量 • 这样异步电机就可以类比于一台他励式直流电机 • 转矩可以保持恒定，在整个速度范围内可以获得恒转矩
ATV71
直流电机 r
激磁电流
s 电枢电流
异步电机
ATV71
ATV71 M3 motor control R3
Summary 19
电流磁通矢量控制 ATV71
➢ 性能 :
• 具有很好的动态速度和转矩特性 • 过转矩能力从170% 到超过200%, 取决于电机和设置的优化（电流限幅调整范围为
150% 至165% 的变频器额定输出电流 • 最高输出频率 500Hz • 需要详细的电机铭牌数据以及参数优化. • 由于有了磁通反馈，从而可以改善不带制动电阻时的制动性能
• ref=磁通给定 Id=测量的激磁电流 Iq=测量的转矩电流 Id=给定激磁电流 • Iq=给定转矩电流 est=估算速度 cons=速度设定点 s=定子频率 • s=定子角度 Vd,Vq=施加电压 Va,Vb,Vc=调制电压
ATV71 M3 motor control R3
Summary 26
➢ 闭环
ref
磁通计算
cons
+
速度斜坡
-
est
实际速度
激磁电抗 Id ref
估算
Id
速度调节
Iq ref
电压计算 电流调节
Vd, Vq
Va
(d,q)
Vb
(a,b,c) Vc
PWM
电流传感器 电机
编码器
Id
电流/转矩 限幅
+
s
+
s
积分
速度测量
Iq
滑差补偿
Id Iq
电流测量 (d,q) (a,b,c)