如何用变频器控制电机

变频器是做电气工作时应该掌握的技术。采用变频器控制电机是电气控制中常用的方法；有些还需要熟练使用。

1.首先，为什么要用变频器来控制电机？

电机是感性负载，对电流的变化有阻碍，启动时会产生较大的电流变化。

逆变器是利用功率半导体器件的通断功能将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。它主要由两块电路组成，一是主电路（整流模块、电解电容和逆变模块），二是控制电路（开关电源板、控制电路板）。

为了减少电机的启动电流，特别是功率较大的电机，功率越大，启动电流越大。过大的启动电流会给供配电网络带来较大的负担。变频器可以解决这个启动问题，让电机平稳启动，不会造成启动电流过大。

使用变频器的另一个功能是调节电机的速度。很多时候，需要对电机的转速进行控制，以获得更好的生产效率，而变频器调速一直是其最大的亮点。变频器通过改变电源的频率来控制电机的转速。

2、逆变器控制方式有哪些？

变频控制电机最常用的五种方法如下：

A. 正弦脉宽调制（SPWM）控制方法

其特点是控制电路结构简单、成本低、机械硬度好，能满足一般传动平稳调速的要求。已广泛应用于工业的各个领域。

但在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响较大，从而降低了最大输出转矩。

另外，其机械特性不如直流电机强，动态扭矩能力和静态调速性能也不尽如人意。另外，系统性能不高，控制曲线随负载变化，转矩响应慢，电机转矩利用率不高，低速时由于定子电阻和逆变器死区的存在性能下降区效应，稳定性变差。因此，人们研究了矢量控制变频调速。

B. 电压空间矢量（SVPWM）控制方法

它基于三相波形的整体产生效果，目的是逼近电机气隙理想的圆形旋转磁场轨迹，一次性产生三相调制波形，并以如下方式控制：逼近圆的内接多边形。

经过实际使用，进行了改进，即引入频率补偿，消除速度控制的误差；通过反馈估计磁通幅值，消除低速时定子电阻的影响；关闭输出电压和电流环路以提高动态精度和稳定性。但控制电路环节较多，且未引入扭矩调节，系统性能并未得到根本性提升。

C.矢量控制（VC）方法

本质是让交流电机等同于直流电机，并且独立控制速度和磁场。通过控制转子磁链，分解定子电流得到扭矩和磁场分量，利用坐标变换实现正交或解耦控制。矢量控制方法的推出具有划时代的意义。但在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电机参数影响较大，且等效直流电机控制过程中采用的矢量旋转变换相对复杂，难以在实际中应用。控制效果达到理想的分析结果。

D. 直接扭矩控制（DTC）方法

1985年，德国鲁尔大学DePenbrock教授首先提出直接转矩控制变频技术。该技术很大程度上解决了上述矢量控制的缺点，并以新颖的控制思想、简洁清晰的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。

目前，该技术已成功应用于电力机车大功率交流传动牵引。直接转矩控制直接分析交流电机在定子坐标系中的数学模型，控制电机的磁通量和转矩。不需要将交流电机等同于直流电机，从而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；不需要模仿直流电机的控制，也不需要简化交流电机的数学模型进行解耦。

E、矩阵AC-AC控制方式

VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都属于交直交变频类型。它们的共同缺点是输入功率因数低、谐波电流大、直流电路需要大的储能电容、再生能量不能反馈到电网，即不能四象限运行。

为此，矩阵AC-AC变频应运而生。由于矩阵交-交变频消除了中间直流环节，也就消除了大型且昂贵的电解电容器。功率因数可达1，输入电流为正弦波，可四象限工作，系统功率密度高。尽管这项技术尚未成熟，但仍然吸引了许多学者进行深入研究。其本质不是间接控制电流、磁通等量，而是直接用扭矩作为被控量来实现。

3.变频器如何控制电机？两者是如何连接在一起的？

变频器控制电机的接线比较简单，与接触器的接线类似，有3条主电源线进出电机，但设置比较复杂，控制变频器的方式也较多。不同的。

首先，对于逆变器端子来说，虽然品牌很多，接线方式也不同，但大多数逆变器的接线端子差别不大。一般分为正转和反转开关输入，用于控制电机的正转和反转启动。反馈端子用于反馈电机的运行状态，包括运行频率、速度、故障状态等。

对于速度设定控制，有的变频器使用电位器，有的直接使用按钮，都是通过物理接线进行控制。另一种方法是使用通信网络。现在很多变频器都支持通讯控制。通讯线可用于控制电机的启停、正反转、调速等。同时，反馈信息也通过通讯方式传递。

4.当电机转速（频率）变化时，电机的输出扭矩会发生什么变化？

变频器驱动时的启动转矩和最大转矩比电源直接驱动时小。

电机采用电源供电时，启动和加速冲击较大，而采用变频器供电时，这些影响较小。直接用电源启动会产生很大的启动电流。使用变频器时，变频器的输出电压和频率逐渐加到电机上，因此电机的启动电流和冲击较小。通常，电机产生的扭矩随着频率降低（速度降低）而降低。实际减少的数据将在一些变频器手册中进行说明。

通常的电机是针对50Hz电压设计和制造的，其额定扭矩也是在此电压范围内给出的。因此，低于额定频率的调速称为恒转矩调速。 （T=Te，P<=Pe）

当变频器的输出频率大于50Hz时，电机产生的转矩以与频率成反比的线性关系减小。

当电机运行频率大于50Hz时，必须考虑电机负载的大小，防止电机输出扭矩不足。

例如，电机在100Hz时产生的扭矩减少到50Hz时产生的扭矩的约1/2。

因此，在额定频率以上的调速称为恒功率调速。 (P=Ue*Ie)。

5、50Hz以上变频器的应用

对于特定的电机，其额定电压和额定电流是恒定的。

例如，如果变频器和电机的额定值为：15kW/380V/30A，则电机可以在50Hz以上运行。

当转速为50Hz时，变频器输出电压为380V，电流为30A。此时，如果将输出频率提高到60Hz，则逆变器的最大输出电压和电流只能为380V/30A。显然，输出功率保持不变，所以我们称之为恒功率调速。

此时的扭矩是怎样的？

因为P=wT(w；角速度，T：扭矩)，由于P不变，w增加，扭矩会相应减小。

我们还可以从另一个角度来看：

电机定子电压U=E+I*R（I为电流，R为电子电阻，E为感应电势）。

可见，当U和I不变时，E也不变。

且E=k*f*X（k：常数；f：频率；X：磁通量），因此当f从50→60Hz变化时，X会相应减小。

对于电机来说，T=K*I*X（K：常数；I：电流；X：磁通量），因此扭矩T会随着磁通量X的减小而减小。

同时，当小于50Hz时，由于I*R很小，当U/f=E/f不变时，磁通量（X）为常数。扭矩T与电流成正比。这就是为什么通常用变频器的过流能力来描述其过载（转矩）能力，称为恒转矩调速（额定电流不变→最大转矩不变）

结论：当变频器的输出频率从50Hz以上增加时，电机的输出转矩会下降。

6、与输出扭矩有关的其他因素

发热量和散热能力决定了变频器的输出电流能力，从而影响变频器的输出转矩能力。

1、载波频率：变频器上标注的额定电流一般是在最高载波频率和最高环境温度下能保证持续输出的值。降低载波频率不会影响电机的电流。然而，部件的发热将会减少。

2、环境温度：就像检测到环境温度较低时，逆变器保护电流值不会增加。

3、海拔高度：海拔的升高对散热和绝缘性能有影响。一般1000m以下可忽略，以上每1000米可减少5%容量。

7.变频器控制电机的频率多少比较合适？

在上面的总结中，我们了解了为什么要用变频器来控制电机，也了解了变频器是如何控制电机的。变频器控制电机，可概括如下：

首先，变频器控制电机的启动电压和频率，实现平滑启动和平滑停止；

其次，采用变频器来调节电机的转速，通过改变频率来调节电机的转速。

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