近年來，随著(zhe)電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及大(dà)規模集成電路(lù)的(de)發展，生産工(gōng)藝的(de)改進及功率半導體器(qì)件(jiàn)價格的(de)降低，變頻調速越來越被工(gōng)業(yè)上(shàng)所采用(yòng)。如(rú)何選擇性能(néng)好的(de)變頻其應用(yòng)到(dào)工(gōng)業(yè)控制(zhì)中，是我們專業(yè)技術(shù)人(rén)員共同追求的(de)目标。下面結合作者的(de)實際經驗談談變頻器(qì)的(de)工(gōng)作原理(lǐ)和(hé)控制(zhì)方式： 1 變頻器(qì)的(de)工(gōng)作原理(lǐ) 我們知道，交流電動機的(de)同步轉速表達式位： n＝60 f(1－s)/p (1) 式中 n———異步電動機的(de)轉速； f———異步電動機的(de)頻率； s———電動機轉差率； p———電動機極對數。 由式(1)可(kě)知，轉速n與頻率f成正比，隻要改變頻率f即可(kě)改變電動機的(de)轉速，當頻率f在0～50Hz的(de)範圍内變化時，電動機轉速調節範圍非常寬。變頻器(qì)就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的(de)，是一種理(lǐ)想的(de)高(gāo)效率、高(gāo)性能(néng)的(de)調速手段。 2變頻器(qì)控制(zhì)方式 低壓通用(yòng)變頻輸出電壓爲380～650V，輸出功率爲0.75～400kW，工(gōng)作頻率爲0～400Hz，它的(de)主電路(lù)都(dōu)采用(yòng)交—直—交電路(lù)。其控制(zhì)方式經曆了以下四代。 2.1U/f=C的(de)正弦脈寬調制(zhì)（SPWM）控制(zhì)方式 其特點是控制(zhì)電路(lù)結構簡單、成本較低，機械特性硬度也(yě)較好，能(néng)夠滿足一般傳動的(de)平滑調速要求，已在産業(yè)的(de)各個(gè)領域得到(dào)廣泛應用(yòng)。但(dàn)是，這種控制(zhì)方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的(de)影響比較顯著，使輸出最大(dà)轉矩減小(xiǎo)。另外，其機械特性終究沒有(yǒu)直流電動機硬，動态轉矩能(néng)力和(hé)靜态調速性能(néng)都(dōu)還不盡如(rú)人(rén)意，且系統性能(néng)不高(gāo)、控制(zhì)曲線會(huì)随負載的(de)變化而變化，轉矩響應慢(màn)、電機轉矩利用(yòng)率不高(gāo)，低速時因定子電阻和(hé)逆變器(qì)死區效應的(de)存在而性能(néng)下降，穩定性變差等。因此人(rén)們又(yòu)研究出矢量控制(zhì)變頻調速。 2.2電壓空間矢量（SVPWM）控制(zhì)方式 它是以三相(xiàng)波形整體生成效果爲前提，以逼近電機氣隙的(de)理(lǐ)想圓形旋轉磁場(chǎng)軌迹爲目的(de)，一次生成三相(xiàng)調制(zhì)波形，以内切多邊形逼近圓的(de)方式進行(xíng)控制(zhì)的(de)。經實踐使用(yòng)後又(yòu)有(yǒu)所改進，即引入頻率補償，能(néng)消除速度控制(zhì)的(de)誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的(de)影響；将輸出電壓、電流閉環，以提高(gāo)動态的(de)精度和(hé)穩定度。但(dàn)控制(zhì)電路(lù)環節較多，且沒有(yǒu)引入轉矩的(de)調節，所以系統性能(néng)沒有(yǒu)得到(dào)根本改善。 2.3矢量控制(zhì)（VC）方式 矢量控制(zhì)變頻調速的(de)做法是将異步電動機在三相(xiàng)坐标系下的(de)定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相(xiàng)－二相(xiàng)變換，等效成兩相(xiàng)靜止坐标系下的(de)交流電流Ia1Ib1，再通過按轉子磁場(chǎng)定向旋轉變換，等效成同步旋轉坐标系下的(de)直流電流Im1、It1（Im1相(xiàng)當于直流電動機的(de)勵磁電流；It1相(xiàng)當于與轉矩成正比的(de)電樞電流），然後模仿直流電動機的(de)控制(zhì)方法，求得直流電動機的(de)控制(zhì)量，經過相(xiàng)應的(de)坐标反變換，實現對異步電動機的(de)控制(zhì)。其實質是将交流電動機等效爲直流電動機，分(fēn)别對速度，磁場(chǎng)兩個(gè)分(fēn)量進行(xíng)獨立控制(zhì)。通過控制(zhì)轉子磁鏈，然後分(fēn)解定子電流而獲得轉矩和(hé)磁場(chǎng)兩個(gè)分(fēn)量，經坐标變換，實現正交或解耦控制(zhì)。矢量控制(zhì)方法的(de)提出具有(yǒu)劃時代的(de)意義。然而在實際應用(yòng)中，由于轉子磁鏈難以準确觀測，系統特性受電動機參數的(de)影響較大(dà)，且在等效直流電動機控制(zhì)過程中所用(yòng)矢量旋轉變換較複雜，使得實際的(de)控制(zhì)效果難以達到(dào)理(lǐ)想分(fēn)析的(de)結果。 2.4直接轉矩控制(zhì)（DTC）方式 1985年，德國魯爾大(dà)學的(de)DePenbrock教授首次提出了直接轉矩控制(zhì)變頻技術(shù)。該技術(shù)在很大(dà)程度上(shàng)解決了上(shàng)述矢量控制(zhì)的(de)不足，并以新穎的(de)控制(zhì)思想、簡潔明(míng)了的(de)系統結構、優良的(de)動靜态性能(néng)得到(dào)了迅速發展。目前，該技術(shù)已成功地(dì)應用(yòng)在電力機車(chē)牽引的(de)大(dà)功率交流傳動上(shàng)。 直接轉矩控制(zhì)直接在定子坐标系下分(fēn)析交流電動機的(de)數學模型，控制(zhì)電動機的(de)磁鏈和(hé)轉矩。它不需要将交流電動機等效爲直流電動機，因而省去了矢量旋轉變換中的(de)許多複雜計(jì)算；它不需要模仿直流電動機的(de)控制(zhì)，也(yě)不需要爲解耦而簡化交流電動機的(de)數學模型。 2.5矩陣式交—交控制(zhì)方式 VVVF變頻、矢量控制(zhì)變頻、直接轉矩控制(zhì)變頻都(dōu)是交—直—交變頻中的(de)一種。其共同缺點是輸入功率因數低，諧波電流大(dà)，直流電路(lù)需要大(dà)的(de)儲能(néng)電容，再生能(néng)量又(yòu)不能(néng)反饋回電網，即不能(néng)進行(xíng)四象限運行(xíng)。爲此，矩陣式交—交變頻應運而生。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環節，從而省去了體積大(dà)、價格貴的(de)電解電容。它能(néng)實現功率因數爲l，輸入電流爲正弦且能(néng)四象限運行(xíng)，系統的(de)功率密度大(dà)。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但(dàn)仍吸引著(zhe)衆多的(de)學者深入研究。其實質不是間接的(de)控制(zhì)電流、磁鏈等量，而是把轉矩直接作爲被控制(zhì)量來實現的(de)。具體方法是： ——控制(zhì)定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器(qì)，實現無速度傳感器(qì)方式； ——自動識别（ID）依靠精确的(de)電機數學模型，對電機參數自動識别； ——算出實際值對應定子阻抗、互感、磁飽和(hé)因素、慣量等算出實際的(de)轉矩、定子磁鏈、轉子速度進行(xíng)實時控制(zhì)； ——實現Band—Band控制(zhì)按磁鏈和(hé)轉矩的(de)Band—Band控制(zhì)産生PWM信号，對逆變器(qì)開(kāi)關狀态進行(xíng)控制(zhì)。 矩陣式交—交變頻具有(yǒu)快速的(de)轉矩響應（<2ms），很高(gāo)的(de)速度精度（±2％，無PG反饋），高(gāo)轉矩精度（<＋3％）；同時還具有(yǒu)較高(gāo)的(de)起動轉矩及高(gāo)轉矩精度，尤其在低速時（包括0速度時），可(kě)輸出150％～200％轉矩。http://www.ucani.net