【正文】 據(jù) θ = arc tan(I2/Im) （ ） 的條件對(duì)電動(dòng)機(jī)定子 電流的相位進(jìn)行控制，以消除轉(zhuǎn)矩電流過(guò)渡過(guò)程中的波動(dòng)。 基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式 前面我們已 經(jīng)提到，矢量控制的基本原理是通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)定子電流的幅值和相位（即電流矢量），來(lái)分別對(duì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩電流特性的目的 . 從電流矢量圖可以看出，當(dāng)需要將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流從 I2變?yōu)?I2＇時(shí)，在改變電動(dòng)機(jī)定子電流的幅值，使得 I1變?yōu)?I1＇的同時(shí)，還必須改變 I1 的相位θ，使得θ變?yōu)棣龋В幢仨殞?duì)定子電流矢量進(jìn)行控制，才能保證轉(zhuǎn)矩電流的平穩(wěn)變化，而在轉(zhuǎn)差頻率控制方式中，雖然通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)差頻率的控制達(dá)到了控制轉(zhuǎn)矩電流 I2幅值的目的，但是，由于在這種控制方式中并沒(méi)有對(duì)電動(dòng)機(jī)定 子電流的相位進(jìn)行控制，在轉(zhuǎn)矩電流從 I2變?yōu)?I2＇的過(guò)渡過(guò)程中將存在一定的波動(dòng)，并造成電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的波動(dòng) . 根據(jù)等效電路圖得知，定子電流 I轉(zhuǎn)矩電流 I勵(lì)磁電流 IM三者之間有如下的關(guān)系 I1 = √ (I22 + IM2) （ ） 2π fMIM = I2r2/s （ ） 由于轉(zhuǎn)差頻率定義為 fs = sf 所以從式（ ）可得 fs = I2/2π T2IM （ ） 其中， T2 = M/r2為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路時(shí)間常數(shù)。因此，通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)定子電流的大小和相位（即定子電流矢量），即可以分別對(duì)無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 15 電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。此外，在采用了轉(zhuǎn)差頻率控制方式的變頻器中往往還加有電流負(fù)反饋，對(duì)頻率和電流進(jìn)行控制，所以這種變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對(duì)急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性。而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)由速度傳感器和變頻器控制電路中的運(yùn)算電路完成。使之不超過(guò)電動(dòng)機(jī)最大過(guò)載能力時(shí)的轉(zhuǎn)差頻 率，就可以限制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的最大電流，從而起到保護(hù)電動(dòng)機(jī)的作用。在采用了轉(zhuǎn)差頻率控制方式的變頻器中，上述特性被用于對(duì)象電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。而采用轉(zhuǎn)差頻率控制方式的變頻器正是按照上述原理進(jìn)行控制的。 另一方面，對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，其定子電壓頻率 fs以電動(dòng)機(jī)的實(shí)際頻率 nn作為同步轉(zhuǎn)速時(shí)的電源頻率 fn，以及轉(zhuǎn)差頻率 fs三者的關(guān)系可以由 f = fn + fs （ ） 輸出。異步電動(dòng)機(jī)的這個(gè)特征意味著，在進(jìn)行 E/f 控制的基礎(chǔ)上，只要對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率 fs 進(jìn)行控制，就可以達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的目的。而轉(zhuǎn)差頻率就是這樣一種直接控制轉(zhuǎn)矩的方法。所以采用這種控制方式的變頻器一般是對(duì)控制性能要求不太高的通用變 頻器。 由于 E/f 控制和 V/f 控制在控制原理上并無(wú)不同，這兩種控制方式通常統(tǒng)稱為 V/f 控制。 在具有全范圍轉(zhuǎn)矩自動(dòng)增強(qiáng)功能的變頻器中，檢測(cè)電路對(duì)電 動(dòng)機(jī)的電流和電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，而 CPU 則按照 E/f 一定的要求進(jìn)行計(jì)算后求出所需的壓降補(bǔ)償。所謂起始轉(zhuǎn)矩增強(qiáng)功能指的是在變頻器的低頻輸出區(qū)域按照某一規(guī)則在變頻器的輸出電壓上加上一定的補(bǔ)償，從而達(dá)到提高輸出轉(zhuǎn)矩的目的。這種補(bǔ)償也稱為變頻器的轉(zhuǎn)矩增強(qiáng)功能或轉(zhuǎn)矩提升功能。因此，為了得到與 E/f 控制相近的特性，必須對(duì)這部分壓降進(jìn)行補(bǔ)償。 初期的通用型變頻器基本上采用的是 V/f 控制方式。而與此相對(duì)應(yīng)，基于式 ()的變頻器則被稱為 E/f 控制變頻器。 因此，當(dāng)定子阻抗上的壓降與定子電壓相比很小時(shí)，由于 V≈ E，所以，只要控制電源電壓和頻率，使得 V/f = 常值 () 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 13 即可使式 ()近似得到滿足。 另一方面，從異步電 動(dòng)機(jī)的等效電路還可以得知。 在異步電動(dòng)機(jī)等效電路中，設(shè)電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通用φ表示，則可以看出，勵(lì)磁電流 IM， 感應(yīng)電勢(shì) E 和氣隙磁通φ之間有如下關(guān)系 Φ =MIM () E=j2π fMIM=j2π fφ () 因此，為了改變使氣隙磁通φ在整個(gè)調(diào)速過(guò)程中保持不變，只需在改變電源頻率 f的同時(shí)改變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E，使其滿足 E/f = 常值 () 即可。因此，為了得到理想的轉(zhuǎn)矩 速度特性，在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時(shí)，必須采取必要的措施來(lái)保證電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通處于高效狀態(tài)（即保持磁通不變）。這是因?yàn)楫?dāng)電動(dòng)機(jī)電源的頻率被改變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部阻抗也將隨之改變，從而引起 勵(lì)磁電流的變化，使電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)勵(lì)磁不足或勵(lì)磁過(guò)強(qiáng)的情況。 V/f 控制 對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)，只要改變其他供電電源的頻率，既可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到進(jìn)行調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。 由于單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)的有功功率 P與電壓的有效值 E，電流的有效值無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 12 I以及功率系數(shù) cosφ之間有如下關(guān)系 單相 P = EIcosφ 三相 P = √ 3EIcosφ 為了的得到相同的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩（即有功功率），采用三相變頻器時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流只是單相變頻器驅(qū)動(dòng)電流的 1/3。交流電動(dòng)機(jī)可以分為單相交流電動(dòng)機(jī)和三相交流電動(dòng)機(jī)兩種類型，與此相對(duì)應(yīng)，變頻器也分為單相變頻器和三相變頻器。這類變頻器的輸出頻率可以達(dá)到 3kHz,所以在驅(qū)動(dòng)兩級(jí)異步電動(dòng)機(jī)時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到 180000r/min。在超精密加工和高性能機(jī)械區(qū)域中常常要用到高速電動(dòng)機(jī)。而在纖維機(jī)械驅(qū)動(dòng)方面，為了便于大系統(tǒng)的維修保養(yǎng)，變頻器則采用了可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行拆裝的盒式結(jié)構(gòu)。此外，高性能專用變頻器往往是為了滿足某些特定產(chǎn)業(yè)或區(qū)域的需要，使變頻器在該區(qū)域中具有最好的性能價(jià)格比而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的。此外，由于異步電動(dòng)機(jī)還具有對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、維護(hù)簡(jiǎn)單等許多直流伺服電動(dòng)機(jī)對(duì)不具備的優(yōu)點(diǎn)，在許多需要進(jìn)行高速高精度的應(yīng)用中這種高性能交流調(diào)速系統(tǒng)正在逐步替代直流伺服系統(tǒng)。 ②高性能專用變頻器。這種高性能多功能通用變頻器在性能上已經(jīng)接近過(guò)去的高性能矢量控制變頻器，但在價(jià)格方面卻與過(guò)去采用 V/f 控制方式的通用變頻器基本持平。 過(guò)去，通用 型變頻器基本上采用的是電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的 V/f 控制方式，與采用了轉(zhuǎn)矩矢量控制方式的高性能變頻器相比，在轉(zhuǎn)矩控制性能方面要差一點(diǎn)。在使無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 11 用時(shí)，用戶可以根據(jù)負(fù)載特性選擇算法并對(duì)變頻器的各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，也可以根據(jù)系統(tǒng)的需要選擇廠家所提供的各種選件來(lái)滿足系統(tǒng)的特殊需要。它主要應(yīng)用于水泵、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)等對(duì)于系統(tǒng)的 調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)所，并具有體積小，價(jià)格低等方面的優(yōu)勢(shì)。 隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)需要的不斷擴(kuò)大，通用變頻器也在朝著兩個(gè)方向發(fā)展：低成本的簡(jiǎn)易型通用變頻器和高性能多功能的通用變頻器。顧名思義，通用變頻器的特點(diǎn)是其通用性。 當(dāng)按照用途對(duì)變頻器進(jìn)行分類時(shí)，變頻器可以分為以下幾種類型。在上面介紹的變頻器分類方式中我們是按照變頻器的工作原理對(duì)其進(jìn)行分類的，但是，對(duì)于一個(gè)變頻器的用戶來(lái)說(shuō)，他關(guān)心更多的也可能是變頻器的用途而不是其工作原理。帶有這種功能的變頻器在驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動(dòng)地對(duì)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)并根據(jù)辨識(shí)的結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)，從而使得對(duì)普通的異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效的矢量控制也稱為可能。 由于在進(jìn)行矢量控制時(shí)需要準(zhǔn)確地掌握對(duì)象電動(dòng)機(jī)的有關(guān)參數(shù)，這種控制方式過(guò)去主要用于廠家指定的變頻器專用電動(dòng) 機(jī)的控制。 矢量控制方式使對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高性能的控制成為可能采用矢量控制方式的交流調(diào)速系統(tǒng)不僅在調(diào)速范圍上可以與直流電動(dòng)機(jī)相匹敵，而且可以直接控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。矢量控制的基本思想是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流分為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量（勵(lì) 磁電流）和與其相垂直的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流）并分別加以控制。 ③矢量控制變頻器。 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 10 轉(zhuǎn)差頻率控制是利用了速度傳感器 的速度閉環(huán)控制，并可以在一定程度上對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，所以和 V/f 控制相比，在負(fù)載發(fā)生較大變化時(shí)仍能達(dá)到較高的速度精度和具有較好的轉(zhuǎn)矩特性。轉(zhuǎn)差頻率控制方式是對(duì) V/f 控制的一種改進(jìn)。采用 V/f 控制方式的變頻器控制電路成本較低，多用于對(duì)精度要求不太高的通用變頻器。 V/f 控制是一種比較簡(jiǎn)單的控制方式。當(dāng)按照工作原理對(duì)變頻器進(jìn)行分類時(shí)，按變頻器技術(shù)的發(fā)展過(guò)程可以分為 V/f 控制方式、轉(zhuǎn)差頻率控制方式和矢量控制方式三種。 PWM 控制和高載頻 PWM 控制都屬于異步調(diào)速方式，即變頻器的輸出頻率不等于逆變電路換流器件的開(kāi)關(guān)頻率。由于這種控制方式對(duì)換流器件的開(kāi)關(guān)速度有較高的要求，所以用換流器件只能使用具有較高開(kāi)關(guān)速度的 IGBT 或 MOSFET 等半導(dǎo)體元器 件，目前在大容量變頻器中的利用仍然受到一定限制。在這種控制方式中，載頻被提高到人耳可以聽(tīng)到的頻率以上，從而達(dá)到降低電動(dòng)機(jī)噪聲的目的。 ③高載頻 PWM 控制方式。但是，該方式也具有當(dāng)載波頻率不合適時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲的缺點(diǎn)。這種控制方式也稱為 SPWM 控制。 為 了使異步電動(dòng)機(jī)在進(jìn)行調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠更加平滑，目前在變頻器中多采取正弦波 PWM 控制方式。 PWM 控制是 Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制）控制的簡(jiǎn)稱，是在逆變電路部分同時(shí)對(duì)輸出電壓（電流）的幅值和頻率進(jìn)行控制的控制方式。此外，這種控制方式也還具有當(dāng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)波動(dòng)較大的缺點(diǎn)。 由于逆 變電路換流器件的開(kāi)關(guān)頻率較低，在使用 PAM 控制方式的變頻器進(jìn)行調(diào)速驅(qū)動(dòng)時(shí)具有電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲小，效率高等特點(diǎn)。 PAM 控制是 Pulse Amplitude Modulation（脈沖振幅調(diào)制）的簡(jiǎn)稱，是一種在整流電路部分對(duì)輸出電壓 (電流）的幅值進(jìn)行控制，而在逆變電路部分對(duì)輸出頻率進(jìn)行控制的控制方式。而在按照逆變電路的開(kāi)關(guān)方式對(duì)變頻器進(jìn)行分類時(shí)，則變頻器可以分為 PAM 控制方式， PWM 控制方式和高載頻 PWM 控制方式三種。 （ 2）按照開(kāi)關(guān)方式分類。 對(duì)于電流型變頻器來(lái)說(shuō)，在電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)的過(guò)程中可以通過(guò)將直流中間電路的電壓反向的方式使整流電路變?yōu)槟孀冸娐?，并將?fù)載的能量回饋給電源。整流電路和直流中間電路起電流源 的作用，而電流源輸出的直流電流在逆變電路中被轉(zhuǎn)換為具有所需頻率的交流電流，并被分配給各輸出相后作為交流電流提供給電動(dòng)機(jī)。 ②電流型變頻器。整流電路和直流中間電路起直流電壓源的作用，而電壓源輸出的直流電壓在逆變電路中被轉(zhuǎn)換為具有所需要頻率的交流電壓。 ①電壓型變頻器。當(dāng)按照主電路工作方式進(jìn)行分類時(shí)，變頻器可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器。下面就根據(jù)這幾種分類方法對(duì)變頻器進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。 在介紹變頻器的種類時(shí)我們將遇到變頻器的分類方式的問(wèn)題。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的種類很多，如晶體管、晶閘管、 GTO、 IGBT 等。 在由逆變電路所完成的將直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源的過(guò)程中，開(kāi)關(guān)器件起著非常重要的作用。 當(dāng)位 于同一橋臂上的兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)處于開(kāi)通狀態(tài)時(shí)將會(huì)出現(xiàn)短路現(xiàn)象，并燒毀換流器件。為了改變?cè)摻涣麟娫吹南嘈驈亩_(dá)到改變異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的目的，只要改變各個(gè)開(kāi)關(guān)打開(kāi)和關(guān)斷的順序即可。交替打開(kāi)和關(guān)斷這六個(gè)開(kāi)關(guān)，就可以在輸出端得到相位上各相差 120 度（電氣角）的三相交流電源。 逆變電路基本工作原理 逆變電路的基本作用是將直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源?？刂齐娐返闹饕饔檬菍z測(cè)電路得到的各種信號(hào)送至運(yùn)算電路，使運(yùn)