變頻器的常用控制方式

　　變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機的電力控制設備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅動(dòng)單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠?jì)炔縄GBT的開(kāi)斷來(lái)調整輸出電源的電壓和頻率，根據電機的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達到節能、調速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護等等。隨著(zhù)工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。

　　變頻調速技術(shù)是現代電力傳動(dòng)技術(shù)的重要發(fā)展方向，而作為變頻調速系統的核心—變頻器的性能也越來(lái)越成為調速性能優(yōu)劣的決定因素，除了變頻器本身制造工藝的“先天”條件外，對變頻器采用什么樣的控制方式也是非常重要的。

　　變頻器基本結構與工作原理：

　　1、 變頻器的基本結構

　　變頻器是把工頻電源（50Hz或60Hz）變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現電機的變速運行的設備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來(lái)說(shuō)，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉矩計算的CPU以及一些相應的電路。

　　2、變頻器的工作原理：

　　變頻器是把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置，在實(shí)際的生產(chǎn)中有著(zhù)十分廣泛的應用。

　　變頻器的工作原理是通過(guò)控制電路來(lái)控制主電路，主電路中的整流器將交流電轉變?yōu)橹绷麟?，直流中間電路將直流電進(jìn)行平滑濾波，逆變器最后將直流電再轉換為所需頻率和電壓的交流電，部分變頻器還會(huì )在電路內加入CPU等部件，來(lái)進(jìn)行必要的轉矩運算。

　　主電路是給異步電動(dòng)機提供調壓調頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類(lèi)：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路

　　變頻器是將工頻電源轉換成任意頻率、任意電壓交流電源的一種電氣設備，變頻器的使用主要是調整電機的功率、實(shí)現電機的變速運行。變頻器的組成主要包括控制電路和主電路兩個(gè)部分，其中主電路還包括整流器和逆變器等部件。

　　變頻器中常用的控制方式：

　　在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f協(xié)調控制、轉差頻率控制、矢量控制、直接轉矩控制等。

　?。?） V/f控制

　　V/f控制是為了得到理想的轉矩-速度特性，基于在改變電源頻率進(jìn)行調速的同時(shí)，又要保證電動(dòng)機的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。V/f控制變頻器結構非常簡(jiǎn)單，但是這種變頻器采用開(kāi)環(huán)控制方式，不能達到較高的控制性能，而且，在低頻時(shí)，必須進(jìn)行轉矩補償，以改變低頻轉矩特性。

　?。?） 轉差頻率控制

　　轉差頻率控制是一種直接控制轉矩的控制方式，它是在V/f控制的基礎上，按照知道異步電動(dòng)機的實(shí)際轉速對應的電源頻率，并根據希望得到的轉矩來(lái)調節變頻器的輸出頻率，就可以使電動(dòng)機具有對應的輸出轉矩。這種控制方式，在控制系統中需要安裝速度傳感器，有時(shí)還加有電流反饋，對頻率和電流進(jìn)行控制，因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩定性，并對急速的加減速和負載變動(dòng)有良好的響應特性。

　?。?） 矢量控制

　　矢量控制是通過(guò)矢量坐標電路控制電動(dòng)機定子電流的大小和相位，以達到對電動(dòng)機在d、q、0坐標軸系中的勵磁電流和轉矩電流分別進(jìn)行控制，進(jìn)而達到控制電動(dòng)機轉矩的目的。通過(guò)控制各矢量的作用順序和時(shí)間以及零矢量的作用時(shí)間，又可以形成各種PWM波，達到各種不同的控制目的。例如形成開(kāi)關(guān)次數最少的PWM波以減少開(kāi)關(guān)損耗。目前在變頻器中實(shí)際應用的矢量控制方式主要有基于轉差頻率控制的矢量控制方式和無(wú)速度傳感器的矢量控制方式兩種。

　　基于轉差頻率的矢量控制方式與轉差頻率控制方式兩者的定常特性一致，但是基于轉差頻率的矢量控制還要經(jīng)過(guò)坐標變換對電動(dòng)機定子電流的相位進(jìn)行控制，使之滿(mǎn)足一定的條件，以消除轉矩電流過(guò)渡過(guò)程中的波動(dòng)。因此，基于轉差頻率的矢量控制方式比轉差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改善。但是，這種控制方式屬于閉環(huán)控制方式，需要在電動(dòng)機上安裝速度傳感器，因此，應用范圍受到限制。

　　無(wú)速度傳感器矢量控制是通過(guò)坐標變換處理分別對勵磁電流和轉矩電流進(jìn)行控制，然后通過(guò)控制電動(dòng)機定子繞組上的電壓、電流辨識轉速以達到控制勵磁電流和轉矩電流的目的。這種控制方式調速范圍寬，啟動(dòng)轉矩大，工作可靠，操作方便，但計算比較復雜，一般需要專(zhuān)門(mén)的處理器來(lái)進(jìn)行計算，因此，實(shí)時(shí)性不是太理想，控制精度受到計算精度的影響。

　?。?） 直接轉矩控制

　　直接轉矩控制是利用空間矢量坐標的概念，在定子坐標系下分析交流電動(dòng)機的數學(xué)模型，控制電動(dòng)機的磁鏈和轉矩，通過(guò)檢測定子電阻來(lái)達到觀(guān)測定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復雜的變換計算，系統直觀(guān)、簡(jiǎn)潔，計算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在開(kāi)環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出100%的額定轉矩。

　?。?） 最優(yōu)控制

　　最優(yōu)控制在實(shí)際中的應用根據要求的不同而有所不同，可以根據最優(yōu)控制的理論對某一個(gè)控制要求進(jìn)行個(gè)別參數的最優(yōu)化。例如在高壓變頻器的控制應用中，就成功的采用了時(shí)間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實(shí)現一定條件下的電壓最優(yōu)波形。

　?。?） 其他非智能控制方式

　　在實(shí)際應用中，還有一些非智能控制方式在變頻器的控制中得以實(shí)現，例如自適應控制、滑模變結構控制、差頻控制、環(huán)流控制、頻率控制等。