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交直流电压型变频器，V/f，矢量控制 讲义下载 “低手”： 大虾，我对PLC 非常熟悉，可是对变频器一窍不通，现在我也要做一些变频器的业务，不好意思，问一个非常入门的问题，什么是变频器？变频器是怎么工作的？ 大虾： 变频器是一种能够简单、自由地改变交流电机转速的一种控制装置。简单地说变频器是通过改变电机输入电压的频率来改变电机转速的。各位从电机的转速公式 n=60f1(1-S)/P (1). 可以看出，调节电机输入电压的频率 f1，即可改变电机的转速 n。目前几乎所有的低压变频器均采用以下主电路结构。 部分 1 称为整流器，作用是把交流电变为直流电，部分 2 为无功缓冲直流环节，在此部分可以采电容作为缓冲，也可用电感。部分 3 是逆变器部分，作用是把直流电变为频率可调整的三相交流电。中间环节采用电容器的这种变频器称之为交直交电压型变频器。 “虚心学习”： 哥们，我经常听到有关变频器的一些术语，如VVVF，IGBT，V/F 等，具体是什么意思？ 大虾： VVVF 是Vairable Voltage Variable Frequency 的字母缩写。IGBT 是变频器逆变部分的目前最常用功率器件，IGBT 是Insulated Gate Bipolar Transistor 缩写，意为：绝缘栅双极性晶体管。V/F 是指变频器运转时，变频器输出电压和输出频率之比，它是变频器最常用最简单的控制方式。 我们来看两个有关电机学的简单公式： 若不改变电压值U1，只改变频率f1 来调速，行不行呢？不行，因为从公式2 中可以看出，随着f1 的升高，电机气隙磁通? 将减少，? 的减小势必会导致电机的输出转矩M 下降，使电机的利用率恶化，严重时会使电机堵转。若在维持电压值 U1 不变条件下，而减小f1。则根据公式 2 知，? 将增加，这会使磁路饱和， 激礠电流上升，导致铁损急剧增加，这也是不允许的。若在调频的同时改变电机定子电压 U1，则可以维持磁通? 接近不变，即U1/f1=C1?。这就是所谓的V/f 控制方式。 “向高手致敬”： 大虾，我在看西门子的变频器手册时，看到西门子变频器有许多控制方式， 如 V/f，SVC，VC，它们各有什么优缺点，又是如何实现的。 大虾： V/f 控制方式，我已在问题 2 中进行了解释。SVC，VC 是Senserless Vector Control 和 Vector Control 的缩写，即矢量控制。大家知道三相交流电机与直流电机相比，实现对转矩控制要困难得多。这是因为三相交流电机控制特点是多变量、强耦合、非线性时变系统。V/f 控制方式虽然简单，可以满足大部分对调速响应动态性能要求不高的场合，如风机、水泵类负载，V/f 控制毕竟是一种标量控制，在一些对动态响应要求高的场合如电梯、轧机等，显然V/f 控制方式不能满足要求。 70 年代初西门子工程师F.Blaaschke 在读博士期间，其导师给他出了一个课题，就是如何通过运算来实现交流电机的直流化控制。（因为直流电机的励磁和电枢部分单独实现调节，在励磁恒定的情况下，只需控制直流电机的电枢电流即可实现对电机转矩的控制，而交流电动机则不同。根据公式 3 可知。）交流电动机的磁通和电流是耦合在一起的，改变磁通的同时会同时引起电流的变化。F.Blaaschke 想出一个非常天才的想法，即通过坐标变换先将电动机的三相系统等效为两相系统，再经过按转子磁场定向的同步旋转变换实现定子电流励磁分量与转矩分量之间的解耦，从而达到对交流电机的磁通和电流分别控制的目的，这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能，一举打破了直流调速系统一统天下的局面。 请牢记世界第一台电机是西门子发明的，变频器的突破技术矢量控制算法也是西门子发明的，西门子变频器+电机，“纵横变幻 协力制胜”。