對幾種常用變頻調速控制方式的研究

許鵬飛 西安市地下鐵道有限責任公司

三相交流電動機作為工業生產最主要的驅動設備同時也是最主要的耗電設備，因此電機的高效節能對于工業生產和企業的發展都有十分重要的意義。本文對目前國內外變頻調速領域經常使用的幾種變頻調速控制方式進行了簡要的介紹，希望借此為后續對變頻調速控制方式方法的研究起到一定的參考和啟發作用。

1 幾種常用變頻調速控制方式介紹

無論是高壓變頻器，還是中低壓變頻器，只要是通用變頻器，大體采用的控制方式有：恒壓頻比（v/f）控制方式，正弦脈寬調制（SPWM）控制方式，空間矢量脈寬調制（SVPWM）控制方式，直接轉矩（DTC）控制方式，無速度傳感器矢量控制方式。

1.1 恒壓頻比（v/f）控制方式

恒壓頻比控制方式是定子的磁通值保持為恒定值，電機轉矩大小由電機的轉差率決定的一種控制方式。基于恒壓頻比的控制原理，交流感應電機既可實現轉速開環控制，也可實現轉速閉環控制。

優點：控制原理簡單，既可實現開環控制，也可實現閉環控制。

缺點：低速性能差；動態性能較差。

該控制方式能滿足大多數場合交流電機調速控制的要求。

1.2 正弦脈寬調制（SPWM）控制方式

SPWM控制方式用一系列的矩形脈沖來作為控制逆變器中各開關器件通斷的依據,將正弦波（調制波）的每個周期通過載波劃分成N等分,在載波與調制波交點時,控制開關器件的通斷,這樣就可以得到一組等幅而脈沖寬度正比于該正弦波的矩形脈沖波形。

優點：變頻器的輸出電壓接近正弦波；所含的高次諧波易濾除，濾波器易設計；硬件電路容易實現。

缺點：電壓利用率低。

目前絕大多數變頻器均采用該技術進行變頻調速控制。

1.3 空間矢量脈寬調制（SVPWM）控制方式

矢量控制變頻調速的做法是將異步電動機三相靜止坐標系下的定子電流通過坐標變換等效成兩相靜止坐標系下的交流電流。再通過按轉子磁場定向的旋轉坐標變換,等效成同步旋轉坐標系下的直流電流,然后模仿直流電動機的控制方法,求得直流電動機的控制量, 經過相應的坐標反變換,實現對異步電動機的控制。

優點：控制性能高；模型簡單，便于數字化實現；轉矩脈動小、噪聲低；電壓利用率高。

缺點：需要進行坐標變換；計算的結果受轉子參數的影響；控制精度受計算精度限制，實時性可能會受處理速度的影響。

適應于控制精度高，實時性要求高的場合。是一種很有發展前景的調速技術。

1.4 直接轉矩（DTC）控制方式

DTC控制方式通過對定子磁鏈控制來實現對磁通的有效控制，建立電磁轉矩和定子磁鏈的數學觀測模型，利用測量的物理量，運用軟件技術來獲得定子磁鏈和電磁轉矩的反饋值，采用滯環式閉環控制方式，利用電壓空間矢量的開關狀態的切換實現對磁通和電磁轉矩的分別控制。

優點：。直接轉矩控制不需要坐標變換，也不受轉子參數的影響，控制結構簡單，具有良好的靜、動態性能。

缺點：低速性能差，調速范圍有一定限制。計算準確度受影響。

適用范圍：控制精度高，速度較高的場合。

1.5 無速度傳感器矢量控制方式

無速度傳感器矢量控制是從易測得的定子電壓、電流中計算出與速度有關的量，通過一系列坐標變換實現電流的磁通分量和轉矩分量的完全解耦，像控制直流電動機一樣，通過控制電動機的磁通和轉矩輸出來達到對交流異步電動機高性能的控制。

優點：安裝、維護方便，硬件成本低，可靠性高，技術成熟、易于數字化實現，控制精度高。

缺點：對軟件和算法要求高。

適用范圍：控制精度高，速度較高的場合。

1.6 小結

通過對以上五種常用的變頻調速控制方式的簡要介紹和對比分析，可以看出，各種控制方式都有其優點和不足，并且也正是這些優點和不足之處使得它們各自的應用范圍和實現方式受到不同的限制。在實際應用中應根據需要選擇合適的控制方式。

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