变频器的一般分类

可分为交-交变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器；交-直- 交变频器，则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器。

2、按直流电源性质分类：

（1）电流型变频器电流型变频器特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流源型变频器（电流型）。电流型变频器的特点（优点）

是能扼制负载电流频繁而急剧的变化。常选用于负载电流变化较大的场合。

（2）电压型变频器电压型变频器特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合。

此外，变频器还可以按输出电压调节方式分类，按控制方式分类，按主开关元器件分类，按输入电压高低分类。

变频器常用的控制方式综述

摘要: 综述了近年来在变频器控制中常用的控制方式以及各自的特点，展望了今后变频器控制方式发展的一些方向。

关键词: 变频器控制

Abstract: The control methods and characteristics of inverters are summarized in this paper and the developments in the future of the inverters control methods are proposed, too.

Keywords: inverter control 变频调速技术是现代电力传动技术的重要发展方向，而作为变频调速系统的核心- 变频器的性能也越来越成为调速性能优劣的决定因素，除了变频器本身制造工艺的“先天”条件外，对变频器采用什么样的控制方式也是非常重要的。本文从工业实际出发，综述了近年来各种变频器控制方式的特点，并展望了今后的发展方向。

1变频器简介[1]

变频器的基本结构变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变

速运行的设备，其结构如图1 所示，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。

变频器的分类变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流

型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM腔制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按

照工作原理分类，可以分为V/f 控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

2变频器中常用的控制方式

非智能控制方式在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f 协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。

(1)V/f 控制

V/f 控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f 控制变频器结构非常简单，但

是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。

(2)转差频率控制

转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f 控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。

(3)矢量控制[2]

矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最

少的PWM波以减少开关损耗[3]。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。

基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致，但是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式在输出特性方面能得到很大的改善。但是，这种控制方式属于闭环控制方式，需要在电动机上安装速度传感器，因此，应用范围受到限制。无速度传感器矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩电流进行控制，然后通过控制电动机定子绕组上的电压、电流辨识转速以达到控制励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方式调速范围宽，启动转矩大，工作可靠，操作方便[4] ，但计算比较复杂，一般需要专门的处理器来进行计算，因此，实时性不是太理想，控制精度受到计算精度的影响。

(4) 直接转矩控制

直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出100%的额

定转矩，对于多拖动具有负荷平衡功能[5] 。

(5) 最优控制

最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同，可以根据最优控制的理论对某一个控制要求进行个别参数的最优化。例如在高压变频器的控制应用中，就成功的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下的电压最优波形[6] 。

(6) 其他非智能控制方式

在实际应用中，还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现，例如自适应控制[7][8][9] 、滑模变结构控制[10][11][12] 、差频控制[13] 、环流控制[14] 、频率控制[15][16][17] 等，限于篇幅，这里不再累述，有兴趣的读者可自行参阅有关文献。

智能控制方式智能控制方式主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统、学习控制等。在变频器的控制中采用智能控制方式在具体应用中有一些成功的范例。

(1) 神经网络控制

神经网络控制方式应用在变频器的控制中，一般是进行比较复杂的系统控制，这时对于系统的模型了解甚少，因此神经网络既要完成系统辨识的功能，又要进行控制。而且神经网络控制方式可以同时控制多个变频器

[18][19] ，因此在多个变频器级联时进行控制比较适合。但是神经网络的层数太多或者算法过于复杂都会在具体应用中带来不少实际困难。

(2)模糊控制

模糊控制算法用于控制变频器的电压和频率，使电动机的升速时间得到控制，以避免升速过快对电机使用寿命的影响以及升速过慢影响工作效率[20][21] 。模糊控制的关键在于论域、隶属度以及模糊级别的划分，这种控制方式尤其适用于多输入单输出的控制系统。

(3)专家系统

专家系统是利用所谓“专家”的经验进行控制的一种控制方式，因此，专家系统中一般要建立一个专

家库，存放一定的专家信息，另外还要有推理机制，以便于根据已知信息寻求理想的控制结果。专家库与推理机制的设计是尤为重要的，关系着专家系统控制的优劣。应用专家系统既可以控制变频器的电压，又可以控制其电流

[22][23] 。

(4)学习控制

学习控制主要是用于重复性的输入，而规则的PWM信号(例如中心调制PWM恰好满足这个条件，因此

学习控制也可用于变频器的控制中[24] 。学习控制不需要了解太多的系统信息，但是需要1~2个学习周期，因此快速性相对较差，而且，学习控制的算法中有时需要实现超前环节，这用模拟器件是无法实现的，同时，学习控制还涉及到一个稳定性的问题，在应用时要特别注意。

3变频器控制的展望随着电力电子技术、微电子技术、计算机网络等高新技术的发展，变频器的控制方式今后将向以下几个方面发展。

(1)数字控制变频器的实现现在，变频器的控制方式用数字处理器可以实现比较复杂的运算，变频器

数字化将是一个重要的发展方向，目前进行变频器数字化主要采用单片机MCS51[25]或80C196MC[3][20] 等，辅助以SLE4520[25][28]或EPLD液晶显示器[29]等来实现更加完善的控制性能。

(2)多种控制方式的结合单一的控制方式有着各自的优缺点，并没有"万能"的控制方式，在有些控制

场合，需要将一些控制方式结合起来，例如将学习控制与神经网络控制相结合[30] ，自适应控制与模糊控制相结合[31][32] ，直接转矩控制与神经网络控制相结合[33] ，或者称之为”混合控制"[34] ，这样取长补短，控制效果将会更好。

(3)远程控制的实现计算机网络的发展，使"天涯若咫尺"，依靠计算机网络对变频器进行远程控制也

是一个发展方向。通过RS485[35][36] 接口及一些网络协议对变频器进行远程控制，这样在有些不适合于人类进行现场操作的场合，也可以很容易的实现控制目标[37][38] 。

（4）绿色变频器随着可持续发展战略的提出，对于环境的保护越来越受到人们的重视。变频器产生的高次谐波对电网会带来污染，而且降低变频器工作时的噪声以及增强其工作的可靠性、安全性等等这些问题，都试图通过采取合适的控制方式来解决，设计出绿色变频器。

4 结束语变频器的控制方式是一个值得研究的问题，依靠致力于这项工作的有识之士的共同努力，使国产变频器早日走向世界市场并且成为一流的产品。

通用变频器的新技术

（1）低电磁噪音、静音化

新型通用变频器除了采用高频载波方式的正弦波SPW碉制实现静音化外，还在通用变频器输入侧加交

流电抗器或有源功率因数校正电路APFC而在逆变电路中采取Soft-PWM控制技术等，以改善输入电流波

形、降低电网谐波，在抗干扰和抑制高次谐波方面符合EMC国际标准，实现所谓的清洁电能的变换。如三

菱公司的柔性PWM控制技术，实现了更低噪音运行。

（2）专用化新型通用变频器为更好地发挥变频调速控制技术的独特功能，并尽可能满足现场控制的需要，派生了

许多专用机型如风机水泵空调专用型、起重机专用型、恒压供水专用型、交流电梯专用型、纺织机械专用

型、机械主轴传动专用型、电源再生专用型、中频驱动专用型、机车牵引专用型等。

（3）系统化

通用变频器除了发展单机的数字化、智能化、多功能化外，还向集成化、系统化方向发展。如西门子公司提出的集通讯、设计和数据管理三者于一体的“全集成自动化”（TIA ）平台概念，可以使变频器、伺

服装置、控制器及通讯装置等集成配置，甚至自动化和驱动系统、通讯和数据管理系统都可以像驱动装置通常嵌入“全集成自动化”系统那样进行，目的是为用户提供最佳的系统功能。

（4）网络化

新型通用变频器可提供多种兼容的通信接口，支持多种不同的通信协议，内装RS485接口，可由个人

计算机向通用变频器输入运行命令和设定功能码数据等，通过选件可与现场总线：Profibus-DP 、

Interbus-S 、Device Net 、Modbus 、Plus 、CC-Link 、LONWOR、KSEthernet 、CAN、Open、T-LINK 等通讯。如西门子、VACO、N 富士、日立、三菱、普传、台安、东洋等品牌的通用变频器，均可通过各自可提供的选件支持上述几种或全部类型的现场总线。

（5）“易于使用”的模式

新型通用变频器机内固化的“调试指南”会引导你一步一步地填入调试表格，无需记住任何参数，充分体现了易操作性。如西门子公司的新一代MICROMASTER420/44I因采用了一种称为“易于使用”的成功概

念，使得在连接技术、安装和调试方面的操作变得非常简单

（6）参数趋势图形新型通用变频器的参数趋势图可适时地显示各信号的现时运行状态，用户在调试过程中，可随时监控和记录运行参数。如西门子公司的新一代MICROMASTER420/44的高级操作板AOR可是变频器的参数上装或下

装，可以通过现场总线的USS连接调试和控制多达31台变频器驱动装置。AOF可以存储10组数据。存储在AOP

中的各组数据可以直接装入其它的MICROMASTER420/440或者通过USS装入。

（7）内置式应用软件

新型通用变频器可以内置多种应用软件，有的品牌可提供多达130余种的应用软件，以满足现场过程

控制的需要，如PID 控制软件、张力控制软件、速度级链、速度跟随、电流平衡、变频器功能设置软件、通讯软件等。变频器功能设置软件可以在WINDOWS95/9环境下设置变频器的功能及数据通讯。

（8）分布式应用现代自动化工程趋于分布式方案，这就要求智能化设备必须是模块化、分布化，并且能与现代机器设

备集成。这样不仅会在生产、机器设备调试和维护方面带来成本优势，而且为设备扩展带来高灵活性。作为通用变频器应与电动机集成，或将变频器尽可能直接安装到电动机所在位置，借助COMBIMASTER

411/MICROMASTE4R11，可将整套驱动器从开关柜直接移到机器或设备处，使设备单元可使用很小的开关柜，

或者甚至就无需使用。将变频器与电动机集成的另一优点是，开关柜内的热耗减少，因而可无需采取开关柜通风措施。此外，还能更容易地遵守电磁兼容标准，因为在电动机和变频器之间无需电缆连接，就不存在要求屏蔽的问题。同时，安装成本和布线成本或者电缆敷设费用也显著降低。而且，需要进行维护时，也可方便快捷地从电动机上取下变频器。可集成的变频器与标准电动机完全兼容，可直接很容易地安装到标准电动机的端子盒上，并固定。西门子公司的新型MICROMASTE4R1 1系列既是一种可集成的通用变频器。

由于MICROMASTER 41系1 列通用变频器具有可通讯功能，因而可通过Profibus-DP 接口与自动化环境集成

在一起。具有用户操作方便，连接简单，并可通过串行接口RS232实现参数化，以及采用基本操作面板（BOP 或者高级操作面板（AOP或PC机用调试软件等方法实现运行控制。

（9）参数自调整用户只要设定数据组编码，而不必逐项设置，通用变频器会将运行参数自动调整到最佳状态，

（10 ）功能设置软件化通用变频器的功能可以在WINDOWS95/9环境下设置并下装，并可以进行数据通讯。

疑难问题问答

1．有没有风机，2．水泵专用变频器的技术资料最新信息？

回答：关于风机、水泵等流体机械用的专用通用变频器新增功能有：管路泄漏检测功能、管路阻塞检测功能、防水锤效应功能、压力给定与反馈功能、惯量反馈功能、低载预警功能、免操作PID 功能及新型节电模式选择功能，现在的新型节电模式比一般的变频器的节电功能更省电，以380V/37kW风机为例，

30Hz时的电流只有，而一般的变频器为25A,可见所称的新型节电模式的电流降低了不少，因此厂商称其

为节电王。详细资料可与恒星电器公司联系0

3．请问有否支持FF 总线的变频器？

回答：可以用无线传输数据采集系统与SCAD/配合，将远端的变频器数据传输到终端进行监视与控制。

3．在长输油管道的scada 系统中, 异步电动机变频器的开发及运用?

回答：目前, 除了无传感器矢量控制和转矩矢量控制等, 可提高电动机转矩控制性能的技术外,

富士电机公司正在开发包括电动机控制常数的调节及与机械系统匹配的适应控制等,可提高电动机应用性

能的技术。为了防止电动机转速偏差以及在低速区域获得较理想的平滑转速,

应用大规模集成电路并采用专用数字式AVR控制技术的控制方式，取得良好效果。

4．纺织机械用的变频器有哪些？

回答：恒星电器公司有日本、韩国最新型变频器系列产品

5．请问，在恒压供水系统中，如有功率大中小三只水泵（32，132，160），变频器应如何配置比较妥当？

回答：你所需的变频部分是哪个电机呢？当然了可以在不需要循环的状态下完成你所需的系统！方案一般是一变频两工频的工作了！而且了160KW的循环在做的过程中是需要很谨慎的了！

若需一拖三，则可按最大的那台选变频器，但每台电机上要配好合适的热继电器。若经常需要变频运行的是那台最小的，建议将那两台大的选用软启动器启动运行，小的选用变频器。

6．想讨教一些关于变频器的煞车方面的知识，敬请赐教？回答：可以使用直流制动；或者使用外部制动电阻、制动单元

1.造成需要直流制动的原因是负载拖动电机旋转，即电机处于发电状态。

2.若是采用变频器拖动电机，此时变频器整流部的直流电压会急速升高。如不采取响应措施，会将变频器烧坏。

3.针对这种现象可以：

1）加制动单元和制动电阻，将能量以热的形式散发出去。

2）加能量回溃单元，将能量反馈回电网，但造价稍高。

star 对变频器煞车部分的说法比较笼统交流制动是指在这种过程中电机处于发电状态，能量会从电机侧回馈能量给电源。而直流制动电机是处于能耗制动状态的，电机是消耗能量的。在电机减速时如果我们投入直流制动，整个过程是先进行交流制动，在减速的后期投入直流制动的达到准确停止时的目的。

回答：节电器与软启动并无本质区别，应是在线软起. ；变频则完全不同.

8．现有一风机型负载，要求产生较大速度范围，想用变频器减少机械变速级数，请问设计时变频器的最低和最高频率怎样确定，变频器的低频性能怎样?是否有这方面资料。

回答：变频器是可以提供较宽的变速范围。但想减少机械变速级数是不一定可取的。首先减速箱的作用不仅是改变速度，更重要的是可以改变扭矩，若去掉减速箱，那就必须把电机改为直联电机，增加电机轴的直径，若变速比比较大，就不可取。

9．“在恒压供水系统中，如有功率大小四只水泵（45，75，110,110 ）”如何选择？

回答：若需一拖二，则可按最大的那台选变频器，但每台电机上要配好合适的热继电器。若经常需要变频运行的是那台最小的，建议将那两台大的选用软启动器启动运行，小的选用变频器。

10．变频器带大惯性负载如何解决刹车减速问题？

我急需一台将直流550V直接逆变成三相交流380V的逆变器，功率90KV；现场使用在移动设备上，没有交流控制电源，如何解决控制问题。

回答：Vacon 和普传有直流直接输入的逆变器及中压变频器，可以和恒星电气公司联系解决你们的问题，打电话问一下他们。

11?我想了解德国SELECTRON工业控制的相关知识，有没有中文资料，能不能作一些简单介绍？

回答：德国SELECTRON公司是一个专业从事工业自动化产品的公司，包括运动控制、通信、制造自动化、建筑