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?導讀：變(bian)頻(pin)(pin)器是把工頻(pin)(pin)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(50Hz或(huo)60Hz)變(bian)換成各(ge)種頻(pin)(pin)率的(de)(de)交流(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)，以實現電(dian)(dian)(dian)(dian)機的(de)(de)變(bian)速運(yun)行的(de)(de)設(she)備，其中(zhong)控制(zhi)電(dian)(dian)(dian)(dian)路完成對主電(dian)(dian)(dian)(dian)路的(de)(de)控制(zhi)，整流(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)路將交流(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)變(bian)換成直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)，直(zhi)流(liu)中(zhong)間電(dian)(dian)(dian)(dian)路對整流(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)路的(de)(de)輸出進行平滑濾(lv)波，逆變(bian)電(dian)(dian)(dian)(dian)路將直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)再(zai)逆成交流(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)。

對于如矢量控(kong)制變頻器這種需要大量運(yun)算(suan)的(de)(de)變頻器來(lai)(lai)說，有時還需要一個進(jin)行轉矩計算(suan)的(de)(de)CPU以及一些相應的(de)(de)電路。變頻調速是通(tong)過改變電機定子繞(rao)組(zu)供電的(de)(de)頻率來(lai)(lai)達到調速的(de)(de)目的(de)(de)。

一、變頻器的分類

變頻器的分類方法有多(duo)種(zhong)：

按照(zhao)主電(dian)(dian)路工作方式分(fen)(fen)類(lei)，可(ke)以(yi)分(fen)(fen)為(wei)電(dian)(dian)壓型變(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)(pin)器(qi)(qi)和(he)電(dian)(dian)流型變(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)(pin)器(qi)(qi)；按照(zhao)開關方式分(fen)(fen)類(lei)，可(ke)以(yi)分(fen)(fen)為(wei)PAM控制(zhi)變(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)(pin)器(qi)(qi)、PWM控制(zhi)變(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)(pin)器(qi)(qi)和(he)高載頻(pin)(pin)(pin)PWM控制(zhi)變(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)(pin)器(qi)(qi)；

按(an)照(zhao)工作原理分(fen)類，可以分(fen)為V/f控(kong)制(zhi)變(bian)頻器、轉差頻率控(kong)制(zhi)變(bian)頻器和矢量(liang)控(kong)制(zhi)變(bian)頻器等；

按照(zhao)用(yong)途分類，可以(yi)分為(wei)通用(yong)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)(qi)、高(gao)性(xing)能專用(yong)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)(qi)、高(gao)頻(pin)(pin)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)(qi)、單相變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)(qi)和(he)三相變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)(qi)等。

二、變頻器的工(gong)作原(yuan)理：

我們知道，交流電動機的同步(bu)轉(zhuan)速表達式位：

n＝60 f(1－s)/p (1)

式中(zhong)n———異步電(dian)動機(ji)(ji)的(de)轉速；f———異步電(dian)動機(ji)(ji)的(de)頻(pin)率(lv)；s———電(dian)動機(ji)(ji)轉差率(lv)；p———電(dian)動機(ji)(ji)極對數。由式(1)可知，轉速n與頻(pin)率(lv)f成正比(bi)，只要(yao)改變頻(pin)率(lv)f即可改變電(dian)動機(ji)(ji)的(de)轉速，當頻(pin)率(lv)f在0～50Hz的(de)范(fan)圍內(nei)變化時(shi)，電(dian)動機(ji)(ji)轉速調(diao)節(jie)(jie)范(fan)圍非常寬。變頻(pin)器(qi)就是通(tong)過改變電(dian)動機(ji)(ji)電(dian)源頻(pin)率(lv)實現速度調(diao)節(jie)(jie)的(de)，是一種(zhong)理想的(de)高效率(lv)、高性(xing)能的(de)調(diao)速手段。

三、變頻器接線圖

 

四、變頻器控制方式

低壓通用(yong)變(bian)頻輸出電壓為(wei)380～650V，輸出功率為(wei)0.75～400kW，工作(zuo)頻率為(wei)0～400Hz，它的主電路都采(cai)用(yong)交(jiao)—直—交(jiao)電路。其控(kong)制方(fang)式經歷了(le)以(yi)下(xia)四代(dai)。

1U/f=C的正弦(xian)脈寬調(diao)制(SPWM)控(kong)制方式

其特(te)點是控制電路(lu)結構簡單、成本較低，機械(xie)特(te)性(xing)硬度也較好，能夠滿足一般傳動的(de)(de)平滑調(diao)速要求，已在產(chan)業的(de)(de)各(ge)個領域得到廣(guang)泛應用(yong)。但(dan)是，這種控制方式(shi)在低頻時，由(you)于輸出電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的(de)(de)影響比(bi)較顯著，使輸出MAX轉矩減小。

另外，其機械特(te)性終究沒有直流電動(dong)機硬，動(dong)態(tai)(tai)轉(zhuan)矩能力和(he)靜態(tai)(tai)調速(su)性能都(dou)還不(bu)盡(jin)如人意，且系(xi)統性能不(bu)高、控制(zhi)(zhi)曲(qu)線會隨負(fu)載的(de)變(bian)(bian)化而變(bian)(bian)化，轉(zhuan)矩響應(ying)慢(man)、電機轉(zhuan)矩利(li)用率不(bu)高，低(di)速(su)時(shi)因定(ding)子電阻和(he)逆(ni)變(bian)(bian)器(qi)死區效應(ying)的(de)存在而性能下降，穩定(ding)性變(bian)(bian)差等。因此人們又研(yan)究出矢量控制(zhi)(zhi)變(bian)(bian)頻調速(su)。

電(dian)壓(ya)空間(jian)矢量(liang)(SVPWM)控制方式(shi)

它是(shi)以(yi)三(san)相波形整體生成效果為前提，以(yi)逼(bi)近(jin)電機氣隙(xi)的理想圓形旋轉磁場軌跡為目(mu)的，一次(ci)生成三(san)相調制波形，以(yi)內切多邊形逼(bi)近(jin)圓的方式進行(xing)控制的。

經實踐使用后(hou)又有所改進，即(ji)引入頻率(lv)補償，能消(xiao)除(chu)速度控(kong)制的(de)誤差；通過(guo)反饋估算磁鏈幅值，消(xiao)除(chu)低速時定子電阻的(de)影(ying)響；將輸出電壓、電流閉環，以(yi)提高(gao)動態(tai)的(de)精(jing)度和(he)穩定度。但控(kong)制電路環節較多，且沒有引入轉矩的(de)調節，所以(yi)系統性能沒有得到根本(ben)改善(shan)。

矢量控制(VC)方式

矢量控制(zhi)變頻調速的(de)(de)做法是將異步電(dian)動(dong)(dong)機在三相(xiang)坐(zuo)標(biao)(biao)系下(xia)的(de)(de)定子電(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)Ia、Ib、Ic、通過三相(xiang)－二相(xiang)變換，等效成(cheng)兩相(xiang)靜(jing)止(zhi)坐(zuo)標(biao)(biao)系下(xia)的(de)(de)交流(liu)(liu)(liu)(liu)電(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)Ia1Ib1，再通過按轉子磁(ci)場(chang)定向旋轉變換，等效成(cheng)同步旋轉坐(zuo)標(biao)(biao)系下(xia)的(de)(de)直(zhi)流(liu)(liu)(liu)(liu)電(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)Im1、It1(Im1相(xiang)當于直(zhi)流(liu)(liu)(liu)(liu)電(dian)動(dong)(dong)機的(de)(de)勵(li)磁(ci)電(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)；It1相(xiang)當于與轉矩成(cheng)正比的(de)(de)電(dian)樞電(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu))，然后模仿直(zhi)流(liu)(liu)(liu)(liu)電(dian)動(dong)(dong)機的(de)(de)控制(zhi)方法，求得直(zhi)流(liu)(liu)(liu)(liu)電(dian)動(dong)(dong)機的(de)(de)控制(zhi)量，經過相(xiang)應(ying)的(de)(de)坐(zuo)標(biao)(biao)反(fan)變換，實現對異步電(dian)動(dong)(dong)機的(de)(de)控制(zhi)。

其實(shi)質是將交流電(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)(ji)等(deng)效為直(zhi)(zhi)流電(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)(ji)，分別對(dui)速度(du)，磁(ci)場(chang)兩個分量(liang)(liang)進行獨(du)立控制。通(tong)過控制轉(zhuan)子(zi)磁(ci)鏈，然后分解(jie)定(ding)子(zi)電(dian)(dian)流而獲(huo)得轉(zhuan)矩和磁(ci)場(chang)兩個分量(liang)(liang)，經坐標(biao)變換(huan)，實(shi)現正交或解(jie)耦控制。矢量(liang)(liang)控制方法的提出具有劃時(shi)代的意義。然而在實(shi)際應用(yong)中，由于轉(zhuan)子(zi)磁(ci)鏈難以準(zhun)確觀測，系(xi)統特性受(shou)電(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)(ji)參數的影(ying)響較大，且在等(deng)效直(zhi)(zhi)流電(dian)(dian)動(dong)(dong)機(ji)(ji)控制過程中所用(yong)矢量(liang)(liang)旋轉(zhuan)變換(huan)較復雜，使得實(shi)際的控制效果難以達到理(li)想(xiang)分析的結果。

直接轉矩(ju)控制(DTC)方式(shi)

1985年(nian)，德國魯(lu)爾大(da)學的DePenbrock教(jiao)授提出了(le)直(zhi)接轉矩(ju)控(kong)(kong)制(zhi)變(bian)頻技(ji)術(shu)。該(gai)技(ji)術(shu)在很大(da)程(cheng)度上解決了(le)上述矢量控(kong)(kong)制(zhi)的不(bu)足(zu)，并(bing)以新穎的控(kong)(kong)制(zhi)思(si)想(xiang)、簡(jian)潔明了(le)的系統結構、優良(liang)的動靜態性能得到了(le)迅速發展。

目前，該技術已成功地應用在(zai)電(dian)(dian)力機(ji)車(che)牽(qian)引的大(da)功率交流(liu)(liu)傳動上。直(zhi)接轉(zhuan)矩(ju)控(kong)制(zhi)直(zhi)接在(zai)定(ding)子坐標系下分(fen)析交流(liu)(liu)電(dian)(dian)動機(ji)的數(shu)學模型，控(kong)制(zhi)電(dian)(dian)動機(ji)的磁(ci)鏈和轉(zhuan)矩(ju)。它不需(xu)要將交流(liu)(liu)電(dian)(dian)動機(ji)等效為直(zhi)流(liu)(liu)電(dian)(dian)動機(ji)，因而省(sheng)去(qu)了矢量旋轉(zhuan)變換中的許多復(fu)雜計算；它不需(xu)要模仿直(zhi)流(liu)(liu)電(dian)(dian)動機(ji)的控(kong)制(zhi)，也(ye)不需(xu)要為解耦而簡化交流(liu)(liu)電(dian)(dian)動機(ji)的數(shu)學模型。

矩陣式交—交控制(zhi)方(fang)式

VVVF變(bian)頻、矢(shi)量控制(zhi)變(bian)頻、直(zhi)(zhi)接(jie)轉矩控制(zhi)變(bian)頻都(dou)是交—直(zhi)(zhi)—交變(bian)頻中的(de)一種。其(qi)共(gong)同缺點是輸(shu)入功(gong)率(lv)因數低，諧波電流(liu)大，直(zhi)(zhi)流(liu)電路需要大的(de)儲能(neng)(neng)電容(rong)，再生能(neng)(neng)量又不能(neng)(neng)反饋回電網，即不能(neng)(neng)進行四(si)象(xiang)限運行。

為(wei)此，矩(ju)陣式交—交變頻(pin)應運而生。由于矩(ju)陣式交—交變頻(pin)省(sheng)去了(le)中間直流(liu)環(huan)節，從而省(sheng)去了(le)體積(ji)大、價格(ge)貴的電解(jie)電容。它能實現功(gong)率因數為(wei)l，輸(shu)入電流(liu)為(wei)正弦(xian)且能四象限(xian)運行(xing)，系(xi)統的功(gong)率密度(du)大。該技(ji)術目前雖尚(shang)未成熟，但仍吸引(yin)著(zhu)眾多(duo)的學(xue)者深(shen)入研究。其實質不是間接(jie)的控(kong)(kong)制(zhi)電流(liu)、磁鏈等量，而是把轉矩(ju)直接(jie)作為(wei)被控(kong)(kong)制(zhi)量來實現的。

具體方法是：

· 控制(zhi)定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器(qi)，實現無速度傳感器(qi)方式(shi)；

· 自動識(shi)(shi)別(ID)依靠精確的(de)電機數學模(mo)型，對(dui)電機參數自動識(shi)(shi)別；

· 算出實際值對應定子(zi)阻抗、互感(gan)、磁飽和因素、慣量等算出實際的轉矩、定子(zi)磁鏈(lian)、轉子(zi)速(su)度進行實時控制；

· 實(shi)現(xian)Band—Band控制按磁鏈和轉矩的Band—Band控制產生PWM信號，對逆(ni)變器開(kai)關狀態進行控制。

矩(ju)(ju)陣式交—交變頻具有快速(su)(su)的轉矩(ju)(ju)響應(<2ms)，很高(gao)(gao)的速(su)(su)度(du)(du)精度(du)(du)(±2％，無PG反饋(kui))，高(gao)(gao)轉矩(ju)(ju)精度(du)(du)(<＋3％)；同(tong)時(shi)還具有較高(gao)(gao)的起動轉矩(ju)(ju)及(ji)高(gao)(gao)轉矩(ju)(ju)精度(du)(du)，尤(you)其在低速(su)(su)時(shi)(包(bao)括(kuo)0速(su)(su)度(du)(du)時(shi))，可(ke)輸出(chu)150％～200％轉矩(ju)(ju)。

來源：技成培訓