【正文】 高而成指數(shù)的上升。 矩陣式交 — 交變頻具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)（ 2ms），很高的速度精度（ 177。其實質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實現(xiàn)的。它能實現(xiàn)功率因數(shù)為 l，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統(tǒng)的功率密度大。為此，矩陣式交 — 交變頻應(yīng)運而生。 （ 5） 矩陣式交 — 交控制方式 VVVF 變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交 — 直 — 交變頻中的一種。 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機的數(shù)學(xué)模型，控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。該技術(shù)在很大程度上解決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(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。然而在實際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，系統(tǒng)特性受電動機參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實現(xiàn)正交或解耦控制。 （ 3） 矢量控制（ VC）方式 矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動機在三相坐標(biāo)系下的定子電流 Ia、 Ib、 Ic、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流 Ia1Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流 Im It1（ Im1 相當(dāng)于直流電動機的勵磁電流；It1 相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），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(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實現(xiàn)對異步電動機的控制。經(jīng)實踐使用后又有所改進(jìn)，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(huán)，以提高動態(tài)的精度和穩(wěn)定度。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。 變頻器的分類 按主電路工作方式，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按開關(guān)方式，分為 PAM 控制型、 PWM 控制型和高載頻 PWM 控制型；按工作原理，分為 V/f 控制型、轉(zhuǎn)差頻率控制型和矢量控制型等；按用途，分為通用型、高性能專用型、高頻型、單相變頻器和三相變頻器等。其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電 再逆變成交流電。 基本概念 （ 1） VVVF 變壓變頻（ Variable Voltage and Variable Frequency） （ 2） CVCF 恒壓恒率（ Constant Voltage and Constant Frequency） 各國使用的交流供電電源，其電壓和頻率通常均為 200V/60Hz（ 50Hz）或 100V/60Hz 5 （ 50Hz）。特別是當(dāng)頻率降低時，該問題更突出。 n=60f/p，其中 n 為同步速度、 f 為電源頻率、 p 為電機極數(shù)，改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機控制方法。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的 電機極數(shù)是固定不變的，極數(shù)是一個不連續(xù)的數(shù)值，為 2 的倍數(shù)。 交流電動 機的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位： n＝ 60 f(1－ s)/p (1) 式中 n—— 異步電動機的轉(zhuǎn)速； f—— 異步電動機的頻率； s—— 電動機轉(zhuǎn)差率； p—— 電動機極對數(shù)。 圖 25 所示的電路是較典型的過流檢測保護(hù)電路。 （ 5）速度檢測電路 以裝在異步電動軸機上的速度檢測器 (TG、 PLG 等 )的信號為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn) 。圖 23 是較常見的驅(qū)動電路（驅(qū)動電路電源見圖 24）。 （ 3）驅(qū)動電路 驅(qū)動電路是將主控電路中 CPU 產(chǎn)生的六個 PWM 信號，經(jīng)光電隔離和放大后，作為逆變電路的換流器件（逆變模塊）提供驅(qū)動信號。 圖 22 變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖 （ 1）運算電路將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進(jìn)行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。 2 主回路主要由整流電路、限流電路、濾波電路、制動電路、逆變電路和檢測取樣電路部分組成。 2 變頻器 簡介 變頻器的原理 變頻器控制電路組成 如下圖所示，控制電路由以下電路組成：頻率、電壓的運算電路、主電路的電壓、電流檢測電路、電動機的速度檢測電路、將運算電路的控 制信號進(jìn)行放大的驅(qū)動電路，以及逆變器和電動機的保護(hù)電路。如果變頻器的干擾問題解決不好，不但系統(tǒng)無法可靠運行，還會影響其他電子、電氣設(shè)備的正常工作。變頻器產(chǎn)生的干擾主要有三種： 對電子設(shè)備的干擾、對通信設(shè)備的干擾及對無線電等產(chǎn)生的干擾。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，變頻器以其具有節(jié)電、節(jié)能、可靠、高效的特性應(yīng)用到了工業(yè)控制的各個領(lǐng)域中，如變頻調(diào)速在供水、空調(diào)設(shè)備、過程控制、電梯、機床等方面的應(yīng)用，保證了調(diào)節(jié)精度，減輕了工人的勞動強度，提高了經(jīng)濟效益，但隨之也帶來了一些干擾問題。 1 1 緒論 它以很好的調(diào)速、節(jié)能性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。由于其采用軟啟動，可以減少設(shè)備和電機的機械沖擊，延長設(shè)備和電機的使用壽命。 現(xiàn)場的供電和用電設(shè)備會對變頻器產(chǎn)生影響，變頻器運行時產(chǎn)生的高次諧波也會干擾周圍設(shè)備的運行。對計算機和自動控制裝置等電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾主要是感應(yīng)干擾；對通信設(shè)備和無線電等產(chǎn)生的干擾為放射干擾。因此有必要對變頻器應(yīng)用系統(tǒng)中的干擾問題進(jìn)行探討，以促進(jìn)其進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。 圖 21 變頻器控制電路 在圖 1 點畫線內(nèi)，無速度檢測電路為開環(huán)控制，在 控制電路增加了速度檢測電路，即增加速度指令，可以對異步電動機的速度進(jìn)行控制更精確的閉環(huán)控制 。圖 22 是它的結(jié)構(gòu)圖。 （ 2）電壓、電流檢測電路 與主回路電 位隔離檢測電壓、電流等 。 對驅(qū)動電路的各種要求，因換流器件的不同而異。 圖 23 驅(qū)動電路圖 3 圖 24 驅(qū)動電路電源圖 （ 4） I/0 輸入輸出電路 為了變頻器更好人機交互，變頻器具有多種輸入信號的輸入 (比如運行、多段速度運行等 )信號，還有各種內(nèi)部參數(shù)的輸出“比如電流、頻率、保護(hù)動作驅(qū)動等 )信號。 （ 6）保護(hù)電路 檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步 電動 機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。由電流取樣、信號隔離放大、信號放大輸出三部分組成 圖 25 電流檢測保護(hù)電路 自由地改變電機的旋轉(zhuǎn)速度 4 圖 26 變頻器控制電機轉(zhuǎn)速接線圖 （ 1) r/min 電機轉(zhuǎn)速單位：每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù)，也可表示為 rpm，如： 4 極電機 60Hz 1800r/min， 4 極電機 50Hz 1500r/min，電機的轉(zhuǎn)速同頻率成比例。 由式 (1)可知，轉(zhuǎn)速 n 與頻率 f 成正比，只要改變頻率 f 即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率 f在 0～ 50Hz 的范圍內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。另外，頻率是電機供電電源的電信號，所以該值能夠在電機的外面調(diào)節(jié)后再供給電機，這樣電 機的轉(zhuǎn)速就可以被自由的控制。僅改變頻率，電機將被燒壞。為防止電機燒毀，變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓，例如：為使電機轉(zhuǎn)速減半，變頻器的輸出頻率必須從 60Hz改變到 30Hz，變頻器的輸出電壓就必須從 200V改變到 100V。變頻器是把工頻電源變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設(shè)備，該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（ DC），然后再把直流電（ DC）變換為三相或單相交流電（ AC）。對于如矢量控制變頻器這種需大量運算的變頻器，有時還需一個進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計算的 CPU 以及一些相應(yīng)的電路。 變頻器中常用的控制方式 低壓通用變頻輸出電壓為 380～ 650V，輸出功率為 ～ 400kW，工作頻率為 0～400Hz，它的主電路都采用交 — 直 — 交電路。 （ 1） U/f=C 的正弦脈寬調(diào)制（ SPWM）控制方式 其特點是控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機轉(zhuǎn)矩利用率不 高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。 （ 2） 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(zhuǎn)磁場軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得 到根本改善。其實質(zhì)是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進(jìn) 行獨立控制。矢量控制方法的提出 6 具有劃時代的意義。 （ 4） 直接轉(zhuǎn)矩控制（ DTC）方式 1985 年，德國魯爾大學(xué)的 DePenbrock 教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。它不需要將交