變頻器有哪些種類？控制辦法有哪些

變頻器（Variable-frequencyDrive，VFD）是使用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，依據電機的實際要來供應其所要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的使用。那么，常見的變頻器有哪些種類，它們的控制辦法又有哪些？

變頻器的種類從控制方式來講，今朝市場上常見的有V/F控制變頻器、矢量控制變頻器兩種。從電壓角度來講，有低壓變頻器、高壓變頻器兩種。從電源角度來講，有單相變頻器、三相變頻器的區分。從適用場合來分，有通用變頻器、風機水泵專用型變頻器、注塑機專用型變頻器、拉絲機專用變頻器、電梯專用變頻器、球磨機專用變頻器等等。

變頻器常用的控制方式1、非智能控制方式

在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f協調控制、轉差頻率控制、矢量控制、筆直轉矩控制等。

（1）V/f正弦脈寬調制（SpWM）控制方式

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行調速的同時，又要保證電動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單，但是這種變頻器采用開環控制方式，不能達到較高的控制性能，而且，在低頻時，非得進行轉矩補償，以改變低頻轉矩特性。

（2）轉差頻率控制

轉差頻率控制是一種筆直控制轉矩的控制方式，它是在V/f控制的基礎上，按照知道異步電動機的實際轉速對應的電源頻率，并依據希望得到的轉矩來調節變頻器的輸出頻率，就可以使電動機具有

對應的輸出轉矩。這種控制方式，在控制系統中要安裝速度傳感器，有時還加有電流反饋，對頻率和電流進行控制，因此，這是一種閉環控制方式，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有良好的應和特性。

（3）電壓空間矢量（SVpWM）控制方式

它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的，一次生成三相調制波形，以內切多邊形逼近圓的方式進行控制的。經踐行使用后又有所改進，即引入頻率補償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環，以提高動態的精度和穩定度。但控制電路環節較多，且沒有引入轉矩的調節，所以系統性能沒有得到根本改善。

（4）矢量控制（VC）方式

矢量控制是通過矢量坐標電路控制電動機定子電流的大小和相位，以達到對電動機在d、q、0坐標軸系中的勵磁電流和轉矩電流分別進行控制，進而達到控制電動機轉矩的目的。通過控制各矢量的用途順序和時間以及零矢量的用途時間，又可以形成各種pWM波，達到各種不同的控制目的。例如形成開關次數最少的pWM波以減少開關損耗。目前在變頻器中實際使用的矢量控制方式緊要有基于轉差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。

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過坐標變換對電動機定子電流的相位進行控制，使之滿足一定的條件，以消除轉矩電流過渡過程中的波動。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控制方式，要在電動機上安裝速度傳感器，因此，使用范圍受到限制。

度傳感器矢量控制是通過坐標變換解決分別對勵磁電流和轉矩電流進行控制，然后通過控制電動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，啟動轉矩大，工作可靠，操作方便，但計算比較復雜，一般要專門的解決器來進行計算，因此，實時性不是太理想，控制精度受到計算精度的影響。

矢量控制是如何使電機具有大的轉矩的？

（1）轉矩提升

此功能新增變頻器的輸出電壓，以使電機的輸出轉矩和電壓的平方成正比的關系新增，從而改善電機的輸出轉矩。

（2）改善電機低速輸出轉矩不足的技術

使用“矢量控制”，可以使電機在低速，如（無速度傳感器時）1Hz（對4極電機，其轉速約莫為30r/min）時的輸出轉矩可以達到電機在50Hz供電輸出的轉矩（最約莫為額定轉矩的150％）。

關于常規的V/F控制，電機的電壓降隨著電機速度的降低而相對新增，這就導致由于勵磁不足，而使電機不能獲得足夠的旋轉力。為了補償這個不足，變頻器中要通過提高電壓，來補償電機速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個功能叫做“轉矩提升”。

轉矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓，電機轉矩并不能和其電流相對應的提高。因為電機電流蘊含電機出現的轉矩分量和其它分量（如勵磁分量）。

“矢量控制”把電機的電流值進行分配，從而確定出現轉矩的電機電流分量和其它電流分量（如勵磁分量）的數值。

“矢量控制”可以通過對電機端的電壓降的應和，進行優化補償，在不新增電流的情況下，準許電機產出大的轉矩。此功能對改善電機低速時溫升也有效。

（5）筆直轉矩控制（DTC）方式

1985年，德國魯爾大學的Depenbrock教授首次提出了筆直轉矩控制變頻技術。該技術在很大程度上處理了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統結構、優良的動靜態性能得到了迅速發展。目前，該技術已成功地使用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。

筆直轉矩控制是利用空間矢量坐標的概念，在定子坐標系下分解交流電動機的數學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩，通過測試定子電阻來達到觀測定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復雜的變換計算，系統直觀、簡潔，計算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在開環的狀態下，也能輸出100%的額定轉矩，關于多拖動具有負荷平衡功能。

（6）最優控制

最優控制在實際中的使用依據要求的不同而有所不同，可以依據最優控制的理論對某一個控制要求進行個別參數的最優化。例如在高壓變頻器的控制使用中，就成功的采用了時間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實現一定條件下的電壓最優波形。

（7）矩陣式交—交控制方式

VVVF變頻、矢量控制變頻、筆直轉矩控制變頻都是交－直－交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數低，諧波電流大，直流電路要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網，即不能進行四象限運行。為此，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、價格貴的電解電容。它能實現功率因數為l，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統的功率密度大。該技術目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學者深入研究。其實質不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉矩筆直作為被控制量來實現的。詳盡辦法是：

——控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器，實現無速度傳感器方式；

——自動識別（ID）依賴精確的電機數學模型，對電機參數自動識別；

——算出實際值對應定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實際的轉矩、定子磁鏈、轉子速度進行實時控制；

——實現BandBand控制按磁鏈和轉矩的Band－Band控制出現pWM信號，對逆變器開關狀態進行控制。

矩陣式交-交變頻具有快速的轉矩應和（《2ms），很高的速度精度（±2％，無pG反饋），高轉矩精度（《＋3％）；同時還具有較高的起動轉矩及高轉矩精度，尤其在低速時（包括0速度時），可輸出150％～200％轉矩。

（8）其他非智能控制方式

在實際使用中，還有一些非智能控制方式在變頻器的控制中得以實現，例如自適應控制、滑模變結構控制、差頻控制、環流控制、頻率控制等。

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