1.变频器的控制方式及其原理，变频器控制方法有几种

一、三相异步感应交流电动机的工作原理1、旋转磁场

可旋转笼式短路线圈放置在可旋转马蹄形磁铁的中心。当您转动马蹄形磁铁时，笼式转子也会旋转。这是因为当磁铁旋转时，其磁力线（磁通）切割笼型转子的导体，电磁感应在导体中产生感应电动势，导致笼型转子本身短路。当电动势作用在导体上时，导体中会产生感应电动势，从而引起电流流动。这个电流与旋转磁场相互作用产生旋转扭矩，使鼠笼式转子沿磁场方向旋转，这就是异步电机旋转的简单原理。

当对称的三相电流流过定子的三相对称的定子绕组时，气隙中产生旋转磁场。

2、旋转磁场的转速

上述分析中，旋转磁场中只有一对磁极，即p=1，当电流变化一个周期时，旋转磁场在空间中正好旋转一圈。当电源频率为交流50Hz时，旋转磁场每秒在空间旋转50次，n1=60f1=6050r/min=3000r/min。如果磁场有两对磁极（p=2），电流变化一次，旋转磁场旋转0.5倍。这使得旋转速度比磁极对数p=1时慢一半。即n1=60f1/2=1500r/min。同样，在3对磁极p=3的情况下，电流变化一次，旋转磁场仅旋转1/3，即n1=60f1/3=1000r/min。以此类推，如果旋转磁场有p对磁极，则旋转磁场的转速为：

n1=60f1/p

因此，如果能够平滑地调节异步电机的定子电源频率f1，则能够平滑地调节异步电机的同步转速n1。由于转子跟随旋转磁场同步旋转，因此转子的转速n=n1(1-s)，通过变频改变同步转速即可实现异步电机的无级调速。

乍一看，似乎可以通过改变定子电压的频率f1来调节转速，但实际上，仅仅改变f1并不能很好地调节转速。请参阅异步电机的电压方程

U 1 E1=4.44f1 K1 N1

现在，如果我们只改变f1来调速，在不改变电源电压U 1 的情况下，向上或向下调整电源频率f1，则异步电机的主磁通肯定会发生变化，因为K1 N1 是恒定的。改变：

若调高f1，会变小，拖曳力矩T会减小，但由于T=C·TI2cos2，电机的拖曳能力会下降，无法实现恒转矩负载而无法拖曳。

电机中铁磁材料的磁化曲线不是直线而是具有饱和特性，因此将f1调低会增加并变得更加危险。在电源频率下，磁饱和接近，随着磁场变得更强，励磁电流（反映在定子电流中）将迅速上升，最终导致电机烧毁。

从上面我们可以看出，单纯改变频率f实际上并不能成功调节速度。很多情况下，需要在调节定子电源频率f的同时调节定子电源电压U，通过U与f的不同配合来实现安全的调频调速。

由于E1/f1U1/f1，当调节三相异步电动机的电源频率f1时，如果按比例调节电源电压U1的大小，则可以近似认为是一个常数。能认出来。以星形线电机为例，变频调速时，如果电源支持50Hz时220V相电压（通常在额定点），则提供25Hz时110V相电压。需要这样做。必须以10 Hz 提供44 V 相电压。

二、变频控制方式1、V/f控制方式

控制特性：变频器的输出电压通过压频转换器与输出频率成比例变化。即，v/f=常数。

性能特点：性价比高，恒输出扭矩，恒磁通控制，但速度控制精度不高。适用于需要节能和低速精度的应用。

低频稳定性差：低速行驶时，扭矩不足，需要进行扭矩修正。

变频器采用开环控制，安装调试方便。

2、转差频率控制（v/f闭环控制）

电动机具有转速差n，该转速差与扭矩T成正比。因此，如果变频器的输出频率发生变化，变频器转差率n发生变化，则变频器的输出扭矩T就会发生变化。马苏。变化，变频器的输出速度也会变化。为了达到控制电机转速的目的，就是通过控制转差n来控制电机的扭矩。这就是转差频率控制原理。

可见，要实现上述控制目标，变频器必须采用闭环控制。

这意味着变频器必须配备闭环反馈输入端子。

转差频率控制逆变器具有比较电路和PID控制电路来处理目标信号和反馈信号。

该控制系统作为闭环控制运行。变频器给出目标量，从变频器的控制量中提取反馈量，将反馈量与目标量进行比较，如果反馈量小于目标量，则变频器给出频率增加信号。当频率增大时，n增大，转矩增大，电机转速增大，但反之，当变频器给出频率减小信号时，n减小，转矩减小，电机转速减小。根据给定的目标要求转动电机的实际转速。

转差频率控制与V/f控制功能的区别：

V/f变频器内部无需提供PID控制功能或反馈端子。转差频率控制需要变频器内部有比较电路和PID控制电路。当使用U/F控制变频器实现闭环控制时，必须在变频器外部配置PID控制板。

3.矢量控制

矢量控制是使用模拟直流电机的控制方法来控制交流电机。

1) 根据直流电机的控制方式，将控制信号分为励磁信号和电枢信号。

2）根据三相交流电机的控制要求，将控制信号转换为三相交流控制信号，驱动变频器的输出逆变电路。

变频器控制方式：分为无传感器（开环）和有传感器（闭环）两种控制方式。无传感器控制方法通过变频器内部的反馈形成闭环。

控制特点：矢量控制控制电机的速度（扭矩），无法控制电机的间接控制量。

1）使用前进行自扫描，将电机参数扫描到变频器中。

2）一台变频器只能控制一台电机。

3）矢量控制不仅可以控制电机电流幅值，还可以控制电流相位（故名矢量控制）。

性能特点：从零速开始控制，调速范围宽，扭矩控制精确，系统响应快，速度控制精度高。

4. 扭矩控制

直接转矩控制技术，英文称为DSC或DTC控制，是一种控制性能仅次于矢量控制技术的交流调速技术。直接转矩控制采用空间矢量和定子磁场定向分析技术，直接分析定子坐标系中异步电机的数学模型，计算并控制异步电机的磁链和转矩。点调节器（Band-Band控制）将检测到的扭矩值与给定扭矩值进行比较，将扭矩波动限制在一定的转差范围内。滑差的幅度由频率调节器控制，产生PWM 脉宽调制。直接根据信号控制逆变器的开关状态，实现高动态性能的扭矩输出。直接转矩控制是交流速度控制的又一次飞跃。

直接转矩控制也是一种一对一控制，这意味着一台变频器不能控制多台电机，也不能用于过程控制。

收卷和放卷各种薄膜、线材时，需要保持卷绕材料的张力F恒定，即F=C，故：

1）被缠绕物体的线速度v也必须恒定。即，由于v=C，因此绕组功率恒定。

2) 随着轧制材料的卷径增大，负载的阻力矩增大： 但是，为了保持线速度恒定，需要随着卷径的增大而降低负载的转速。

(b) 使用转矩控制模式实现恒张力运行在转矩控制模式下运行变频器并设置施加信号，使其不会以恒定值变化。此时，电机的电磁转矩TM不变，如图(b)中曲线所示，为： TM=C，但动转矩TJ随着卷径D的增大而变为负值，如图(b)所示。 这将是。 b) 的曲线。拖动系统将处于减速状态，导致转速变化规律如图（c）所示。改变施加扭矩的大小可以改变绕组的刚度。

变频器四种运行控制方式的控制特性比较： 变频器的输出电压通过压频转换器与输出频率成正比。

1、改变变频器的v/f控制方式，即v/f=常数

性能特点：性价比高，恒输出扭矩，恒磁通控制，但速度控制精度不高。适用于需要节能和低速精度的应用。低速行驶时，由于扭矩不足，需要进行扭矩校正。

2、转差频控制方式变频器

该控制是闭环控制。控制方式有两种：一种是采用速度传感器，以电机转速作为反馈信号，提高电机速度控制精度；另一种是通过转换压力、流量、流量等间接物理量进行控制。变频器可以提高这些间接控制变量的控制精度。

在这种控制方式中，变频器内部有一个PID调节器，可以设定变频器的控制速度和快速响应。

V/f控制方式适用于风机、水泵、带式输送机等变转矩和恒转矩负载。

3、矢量控制变频器

矢量控制是利用逆变器内部的电子计算电路，采用模拟直流电机的控制方法来控制交流电机。

控制功能：可以同时控制电流的幅值和相位，这种控制方式也可以通过软件设置。

性能特点：从零速开始可控，低频扭矩大，调速范围宽，扭矩可控

控制精确；系统响应快，速度控制精度高。

适用范围分为无速度传感器（内闭环）和有速度传感器（外闭环）两种控制方式，由于这两种控制方式直接控制（稳定）电机速度（或扭矩），所以不能使用。其他控制方法包括体积控制（压力、流量、温度等）。

4.直接转矩控制变频器

直接转矩控制技术将检测到的转矩值与施加的转矩值进行比较，将转矩波动限制在一定的滑差范围内，用频率调节器控制滑差的大小，并产生PWM脉宽调制信号，直接控制开关状态。逆变器的。

性能特点：从零速起的较宽速度范围可控，扭矩精确控制，系统

该系统响应速度快，速度控制精度高。

Vector适用于造纸、轧钢、机床、起重等具有高扭矩特性的应用，在0HZ时保持输出扭矩。扭矩控制可实现精确的扭矩控制，适用于造纸机、印刷机、染色机等扭矩管理场合。

三、变频器的结构原理1、变频器的分类

AC-AC型：直接将固定频率的交流电转换为连续可调频率的交流电，没有中间环节，转换率高是主要优点。但可连续调节的频率范围较窄。主要用于大容量低速拖动系统。也称为直接变频器。

AC to DC to AC :型以恒定频率对交流电进行整流，将其转换为直流电，经过逆变电路后，将其转换为频率可连续调节的三相交流电。轻松控制从直流电源到交流电源的反转，在频率调节范围方面提供了明显的优势。也称为间接变频器。

电压型——整流后用电容滤波。目前使用的大部分是电压型的。

电流型——整流后，用电感滤波。

脉冲幅度调制(PAM) - 通过改变直流电压来改变输出电压。

脉宽调制(PWM) - 通过改变输出脉冲的占空比来实现输出电压。

脉宽调制波（PWM波）是将正弦波电压分成N等份，并将正弦波曲线各等份所围成的面积替换为与该面积相等的等幅矩形脉冲。它与正弦波相同，其大小与脉冲串的宽度成正比，因此简称为PWM波。

按用途分类：专用、通用

专用变频器：针对特定类型（类别）的特定控制对象而设计的，如风机、水泵用变频器、电梯和曳引机用变频器、中频变频器等。

普通变频器：数量最多、应用最广的类型，也是这里讨论的主要类型。大容量变频器主要应用于冶金行业的一些低速场合。

2、变频器配置（ACDCAC型）

a. 主电路配置

该电路是常用的低压逆变器的主电路图。无论哪个厂家的逆变器，其主电路配置基本相同。因为整流电路和逆变电路是两个标准模块，无法更改。

b. 变频器控制电路

所有品牌逆变器的内部功能框图都是相同的。这是因为逆变器必须具备相应的功能才能保证正常运行。变频器的主要类型有：

主电路、电流保护电路、电压保护电路、过热保护电路、驱动电路、稳压电源、控制端子、接口电路、操作面板、CPU等。