變頻控制方式的變遷

在實際調(diào)速過程中，一個普通的頻率可調(diào)的交流電源并不能滿足對異步電動機進行調(diào)速控制的要求，還必須考慮到有效利用電動機磁場、抑制啟動電流和得到理想的轉(zhuǎn)矩特性，如低頻轉(zhuǎn)矩特性等方面的問題。

    為了得到較為理想的變頻調(diào)速效果，在變頻控制技術(shù)的發(fā)展過程中采用了V/f控制方式、轉(zhuǎn)差頻率控制方式、矢量控制方式和直接轉(zhuǎn)矩控制方式等。

1、變頻控制方式之V/f控制
V/f控制方式就是指在變頻調(diào)速過程中，為了保持主磁通的恒定而保證電動機出力，電壓和頻率的比值保持一定，即V/f=常數(shù)的控制方式。如對于380V、50Hz電動機，當運行頻率為40Hz時，要保持V/f恒定，則40Hz時電動機的供電電壓為380×(40/50)=304V。

這種變頻器的性價比較高，被廣泛使用于以節(jié)能為目的和對速度精度要求不高的各種場合中，是變頻器的基本控制方式。但在速度控制方面不能給出滿意的控制性能，并且在輸出頻率較低時，因輸出電壓下降，定子繞組電流減小，電動機轉(zhuǎn)矩不足，需將輸出電壓適當提高，以提高電動機轉(zhuǎn)矩，，進行轉(zhuǎn)矩補償。

2、變頻控制方式之轉(zhuǎn)差頻率控制
這是一種進行速度反饋控制的閉環(huán)控制方式，其動、靜態(tài)性能都優(yōu)于V/f控制方式，因此，可以應(yīng)用于對速度和精度有較高要求的各種調(diào)速系統(tǒng)。但是，因為采用這種控制方式的變頻器在控制性能上比矢量控制變頻器差，而兩者硬件電路的復雜程度又相當，所以目前采用轉(zhuǎn)差頻率控制方式的變頻器已基本上被矢量控制變頻器所取。

3、變頻控制方式之矢量控制
矢量控制，也稱磁場定向控制。20世紀70年代初由西德F·Blasschke等人首先提出，并以直流電動機和交流電動機比較的方法闡述了這一原理。

該方式模仿直流電動機的控制方法，采用矢量坐標變換，將異步電動機的定子電流分為產(chǎn)生磁場的電流分量(勵磁電流)和垂直的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(轉(zhuǎn)矩電流)，同時控制異步電動機定子電流的幅值和相位，即控制定子電流矢量，故稱為矢量控制方式。該控制方式
保持了電動機磁通的恒定，進而達到良好的轉(zhuǎn)矩控制性能，實現(xiàn)高性能控制。

矢量控制方法的出現(xiàn)，使異步電動機變頻調(diào)速在電動機的調(diào)速領(lǐng)域里全方位的處于優(yōu)勢地位。它有許多優(yōu)點，可以從零轉(zhuǎn)速進行控制，調(diào)速范圍寬，可以對轉(zhuǎn)矩進行精確控制，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，加/減速性能好。因此，該控制方式被廣泛應(yīng)用在調(diào)速性能要求較高的調(diào)速系統(tǒng)中。但是，矢量控制技術(shù)需要對電動機參數(shù)進行正確估算，如何提高參數(shù)的準確性是一直研究的話題。

4、變頻控制方式之直接轉(zhuǎn)矩控制
     直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，是利用空間矢量、定子磁場定向的分析方法，直接在定子坐標系下分析異步電動機的數(shù)學模型，計算與控制異步電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，采用離散的兩點式調(diào)節(jié)器(Band-Band控制)，把轉(zhuǎn)矩檢測值與轉(zhuǎn)矩給定值作比較，使轉(zhuǎn)矩波動限制在一定的容差范圍內(nèi)，容差的大小由頻率調(diào)節(jié)器來控制，并產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進行控制，以獲得高動態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩輸出。它的控制效果不取決于異步電動機的數(shù)學模型是否能夠簡化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實際狀況。它不需要將交流電動機與直流電動機作比較、等效、轉(zhuǎn)化，即不需要模仿直流電動機的控制。因為它省掉了矢量變換方式的坐標變換與計算和為解耦而簡化異步電動機數(shù)學模型，沒有通常的PWM脈寬調(diào)制信號發(fā)生器，所以它的控制結(jié)構(gòu)簡單、控制信號處理的物理概念明確、系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速且無超調(diào)，是一種具有高靜、動態(tài)性能的交流調(diào)速方式。與矢量控制方式比較，直接轉(zhuǎn)矩控制磁場定向所用的是定制磁鏈，它采用離散的電壓狀態(tài)和六邊形磁鏈軌跡或近似圓形磁鏈軌跡概念。只要知道釘子電阻就可以把它觀測出來。而矢量控制磁場定向所用的就是轉(zhuǎn)子磁鏈，觀測轉(zhuǎn)子磁鏈需要知道電動機轉(zhuǎn)子電阻和電感。因此，直接轉(zhuǎn)矩控制大大減小了矢量控制技術(shù)中控制性能易受參數(shù)變化影響的問題。