变频器中常用的控制方式

变频器中常用的控制方式

1, 非智能控制方式

在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直

接转矩控制等。

⑴V/f 控制

V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f

控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。

(2) 转差频率控制

转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照知道异

步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器

具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。

(3) 矢量控制

矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在

d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。

通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波,达到各

种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。

基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致，但是基于转差

频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控

制方式在输出特性方面能得到很大的改善。但是，这种控制方式属于闭环控制方式，需要在

电动机上安装速度传感器，因此，应用范围受到限制。

无速度传感器矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩电流进行控制，然后通过控制电动机定子绕组上的电压、电流辨识转速以达到控制励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方式调速范围宽，启动转矩大，工作可靠，操作方便，但计算比较复杂，一般需要专门的处理器来进行计算，因此，实时性不是太理想，控制精度受到计算精度的影响。

(4) 直接转矩控制

直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了

矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。

即使在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩。

（5）最优控制

最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同，可以根据最优控制的理论对某一

个控制要求进行个别参数的最优化。例如在高压变频器的控制应用中，就成功的采用了时间

分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下的电压最优波形。

（6）其他非智能控制方式

在实际应用中，还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现，例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环流控制、频率控制等。

变频器控制方式

低压通用变频输出电压为380〜650V,输出功率为0.75〜400kW 工作频率为0〜400Hz,

1 u/f=c的正弦脉宽调制（SPWM控制方式其特点是控制电路结构简单、成本较低，

机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应

用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态

调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。

2电压空间矢量（SVPWM控制方式

它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所

改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子

电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。

3矢量控制（VC）方式

矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流la、lb、lc、通

过三相-二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1lb1，再通过按转子磁场定向

旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、lt1 （Im1相当于直流电动机的励磁电

流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机

等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法

的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数

的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际

的控制效果难以达到理想分析的结果。

4直接转矩控制（DTC方式

1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优

良的动静态性能得到了迅速发展。目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流

传动上。

直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；

它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。

5矩阵式交一交控制方式

VWF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交-直-交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回

电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交一交变频应运而生。由于矩阵式交一交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为I，输

入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众

多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。具体方法是：

一一控制定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感器方式；

自动识别（ID ）依靠精确的电机数学模型，对电机参数自动识别；算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制；——实现Band 控制按磁链和转矩的Band—Band控制产生PWM 信号，

对逆变器开关状态进行控制。2ms）,很高的

速度精度（土2%,无PG反馈），高转矩精度（+ 3%）;同时还具有较高的起动转矩及高

转矩精度，尤其在低速时（包括0速度时），可输出150%〜200%转矩。

变频器控制方式的合理选用

3、变频器控制方式的合理选用

控制方式是决定变频器使用性能的关键所在。目前市场上低压通用变频器品牌很多,

包括欧、美、日及国产的共约50多种。选用变频器时不要认为档次越高越好，而要按负载的特性，以满足使用要求为准，以便做到量才使用、经济实惠。表1中所列参数供选用时

4、转矩控制型变频器的选型及相关问题•• (25)

基于调速方便、节能、运行可靠的优点，变频调速器已逐渐替代传统的变极调速、电磁

调速和调压调速方式。在推出PWM磁通矢量控制的变频器数年后，

1998年末又出现采用DTC控制技术的变频器。ABB公司的ACS600系列是第

一代采用DTC技术的变频器，它能够用开环方式对转速和转矩进行准确控制，而且动态和静态指标已优于PWM闭环控制指标。