兰州威和电子技术有限公司

近年来，随着电力电子技术、微电子技术及大规模集成电路的发展，生产工艺的改进及功率半导体器件价格的降低，变频调速越来越被工业上所采用。如何选择性能好的变频其应用到工业控制中，是我们专业技术人员共同追求的目标。下面结合作者的实际经验谈谈变频器的工作原理和控制方式：

1 变频器的工作原理
我们知道，交流电动机的同步转速表达式位：
n＝60 f(1－s)/p (1)
式中 n———异步电动机的转速；
f———异步电动机的频率；
s———电动机转差率；
p———电动机极对数。
由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

2变频器控制方式

低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交—直—交电路。其控制方式经历了以下四代。

2.1U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式

其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。

2.2电压空间矢量（SVPWM）控制方式

它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。

2.3矢量控制（VC）方式

矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。

2.4直接转矩控制（DTC）方式

1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。
直接转矩控制直接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。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。

2.5矩阵式交—交控制方式

VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。其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，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交—交变频应运而生。由于矩阵式交—交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。具体方法是：
——控制定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感器方式；
——自动识别（ID）依靠精确的电机数学模型，对电机参数自动识别；
——算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制；
——实现Band—Band控制按磁链和转矩的Band—Band控制产生PWM信号，对逆变器开关状态进行控制。
矩阵式交—交变频具有快速的转矩响应（<2ms），很高的速度精度（±2％，无PG反馈），高转矩精度（<＋3％）；同时还具有较高的起动转矩及高转矩精度，尤其在低速时（包括0速度时），可输出150％～200％转矩。

EMERSON变频器型号如下：

1、TD900系列(单相)
ITEM 型号产品系列功率(KW)

1180100 TD900-2S0004G TD900 0.4
1180099 TD900-2S0007G TD900 0.75
1180102 TD900-2T0015G TD900 1.5
1180103 TD900-2T0022G TD900 2.2

2、TD900系列(三相)
ITEM 型号产品系列功率(KW)

1180104 TD900-4T0007G TD900 0.75
1180101 TD900-4T0015G TD900 1.5
1180105 TD900-4T0022G TD900 2.2

3、EV1000系列(单相)
ITEM 型号产品系列功率(KW)

1180173 EV1000-2S0004G EV1000 0.4
1180174 EV1000-2S0007G EV1000 0.75
1180126 EV1000-2S0015G EV1000 1.5
1180131 EV1000-2S0022G EV1000 2.2

4、EV1000G系列（三相）
ITEM 型号产品系列功率(KW)

1180125 EV1000-4T0007G EV1000 0.75
1180124 EV1000-4T0015G EV1000 1.5
1180123 EV1000-4T0022G EV1000 2.2
1180127 EV1000-4T0037G EV1000 3.7
1180129 EV1000-4T0055G EV1000 5.5

5、EV1000P系列（三相）
ITEM 型号产品系列功率(KW)

1180128 EV1000-4T0037P EV1000 3.7
1180130 EV1000-4T0055P EV1000 5.5

6、EV2000系列通用变频器
ITEM 型号产品系列功率(KW)

1180108 EV2000-4T0055G EV2000 5.5
1180112 EV2000-4T0075G EV2000 7.5
1180115 EV2000-4T0110G EV2000 11
1180116 EV2000-4T0150G EV2000 15
1180117 EV2000-4T0185G EV2000 18.5
1180118 EV2000-4T0220G EV2000 22
1180119 EV2000-4T0300G EV2000 30
1180120 EV2000-4T0370G EV2000 37
1180121 EV2000-4T0450G EV2000 45
1180097 EV2000-4T0550G EV2000 55
1180111 EV2000-4T0750G EV2000 75
1180110 EV2000-4T0900G EV2000 90
1180156 EV2000-4T1100G EV2000 110
1180157 EV2000-4T1320G EV2000 132
1180138 EV2000-4T1600G EV2000 160
1180132 EV2000-4T2000G EV2000 200
1180133 EV2000-4T2200G EV2000 220
1180098 EV2000-4T0750P EV2000 75
1180109 EV2000-4T0900P EV2000 90
1180122 EV2000-4T1100P EV2000 110
1180158 EV2000-4T1320P EV2000 132
1180139 EV2000-4T1600P EV2000 160
1180140 EV2000-4T2000P EV2000 200
1180134 EV2000-4T2200P EV2000 220
1180135 EV2000-4T2800P EV2000 280

7、TD2100系列供水专用变频器
ITEM 型号产品系列功率(KW)

1180054 TD2100-4T0055S TD2100 5.5
1180045 TD2100-4T0075S TD2100 7.5
1180057 TD2100-4T0110S TD2100 11
1180046 TD2100-4T0150S TD2100 15
1180058 TD2100-4T0185S TD2100 18.5
1180055 TD2100-4T0220S TD2100 22
1180059 TD2100-4T0300S TD2100 30
1180047 TD2100-4T0370S TD2100 37
1180060 TD2100-4T0450S TD2100 45
1180056 TD2100-4T0550S TD2100 55
1180061 TD2100-4T0750S TD2100 75

8、TD3000系列矢量型变频器
ITEM 型号产品系列功率(KW)

1180106 TD3000-4T0022G TD3000 2.2
1180107 TD3000-4T0037G TD3000 3.7
1180077 TD3000-4T0055G TD3000 5.5
1180078 TD3000-4T0075G TD3000 7.5
1180075 TD3000-4T0110G TD3000 11
1180074 TD3000-4T0150G TD3000 15
1180136 TD3000-4T0185G TD3000 18.5
1180073 TD3000-4T0220G TD3000 22
1180079 TD3000-4T0300G TD3000 30
1180080 TD3000-4T0370G TD3000 37
1180084 TD3000-4T0450G TD3000 45
1180085 TD3000-4T0550G TD3000 55
1180086 TD3000-4T0750G TD3000 75
TD3000-4T0900G TD3000 90
TD3000-4T1100G TD3000 110
TD3000-4T1320G TD3000 132
TD3000-4T1600G TD3000 160

9、TD3300系列
ITEM 型号产品系列功率(KW)

TD3300-4T0022G TD3300 2.2
TD3300-4T0037G TD3300 3.7
TD3300-4T0055G TD3300 5.5
TD3300-4T0075G TD3300 7.5
TD3300-4T0110G TD3300 11
TD3300-4T0150G TD3300 15
TD3300-4T0185G TD3300 18.5
TD3300-4T0220G TD3300 22
TD3300-4T0300G TD3300 30
TD3300-4T0370G TD3300 37
TD3300-4T0450G TD3300 45
TD3300-4T0550G TD3300 55
TD3300-4T0750G TD3300 75

10、TD3100系列
ITEM 型号产品系列功率(KW)

1180081 TD3100-4T0075E TD3100 7.5
1180071 TD3100-4T0110E TD3100 11
1180070 TD3100-4T0150E TD3100 15
1180137 TD3100-4T0185E TD3100 18.5
1180072 TD3100-4T0220E TD3100 22
1180082 TD3100-4T0300E TD3100 30

11.EV3100系列
编码型号系列功率(kw)

1180169 EV3100-4T0055E EV3100 5.5
1180170 EV3100-4T0075E EV3100 7.5
1180171 EV3100-4T0110E EV3100 11
1180172 EV3100-4T0150E EV3100 15
EV3100-4T0185E EV3100 18.5
EV3100-4T0220E EV3100 22
EV3100-4T0300E EV3100 30

12、TD3200系列
ITEM 型号产品系列功率(KW)

1180114 TD3200-2S0002D TD3200 0.2
1180113 TD3200-2S0004D TD3200 0.4

13.TD3400系列
ITEM 型号产品系列功率(KW)

1180185 TD3400-4T0075J TD3400 7.5
1180184 TD3400-4T0110J TD3400 11
1180183 TD3400-4T0150J TD3400 15
1180182 TD3400-4T0185J TD3400 18.5
1180165 TD3400-4T0220J TD3400 22
1180180 TD3400-4T0300J TD3400 30
1180181 TD3400-4T0370J TD3400 37
1180179 TD3400-4T0450J TD3400 45
1180178 TD3400-4T0550J TD3400 55
1180177 TD3400-4T0750J TD3400 75

14.EV800系列
ITEM 型号产品系列功率(KW)

1180186 EV800-2S0002G EV800 0.25
1180187 EV800-2S0004G EV800 0.37
1180188 EV800-2S0005G EV800 0.55
1180189 EV800-2S0007G EV800 0.75
1180190 EV800-2D0011G EV800 1.1
1180191 EV800-2D0015G EV800 1.5
1180200 EV800-2D0022G EV800 2.2
1180192 EV800-4T0004G EV800 0.37
1180193 EV800-4T0005G EV800 0.55
1180194 EV800-4T0007G EV800 0.75
1180195 EV800-4T0011G EV800 1.1
1180196 EV800-4T0015G EV800 1.5
1180197 EV800-4T0022G EV800 2.2
1180198 EV800-4T0030G EV800 3
1180199 EV800-4T0037G EV800 4
EV3000-4T0022G
EV3000-4T0037G
EV3000-4T0055G
EV3000-4T0075G
EV3000-4T0110G
EV3000-4T0150G
EV3000-4T0185G
EV3000-4T0220G
EV3000-4T0300G
EV3000-4T0370G
EV3000-4T0450G
EV3000-4T0550G
EV3000-4T0750G
EV3000-4T0900G
EV3000-4T1100G
EV3000-4T1320G
EV3000-4T1600G
TD1000-4T0022G
TD1000-4T0037G
TD1000-4T0055G
TD1000-4T0015G
TD1000-2S0004G
TD1000-2S0007G
TD1000-2S0015G
TD1000-2S0022G

ES系列电梯控制专用变频器:ES变频器是在综合多种国外电梯专用变频器的优良功能，利用EMERSON UNIDRIVE SP优越的高性能变频器平台，结合了TD3100独具特色的电梯控制方案综合而成的高性能矢量控制电梯专用变频器。 “Elevator Solution”，即电梯解决方案 .
EV800高性能灵巧型变频器:EV800为艾默生公司推出的又一全新力作，该产品具有体积小巧、操作简便、功能实用、宽输出频率和低噪音等优点，同时通过采用最先进的开环矢量控制技术，使得该产品具有出色的速度和转矩控制性能。
SK高性能可编程变频器
EV3500 模块式驱动器可为用户定制传动系统提供一系列驱动模块，定制功率范围为90KW 至1.5MW。输入输出装置采用模块化设计，可组成一系列结构精简的高效系统
Unidrive SP系列变频器:UNDRIVE SP解决方案平台，交流变频器功率0.75KW至1.5MW，电压200V、400V、575V及690V，集通用电机控制于一身－－-感应、伺服及同步。
TD2100系列供水专用变频器,具备多种工作模式，可灵活配置常规泵、休眠泵、排污泵等。具备零流量停机节能功能、6段压力运行、可实现周末/节假日等各种特定日供水压力控制，等多种实用供水功能。
TD3300系列张力控制专用变频器:基于TD3000高性能的矢量变频器基础上开发的张力控制专用变频器
TD3200、EV3200门机专用变频器，适用于电梯门、各种自动门和其它需要往复运行控制的场合。TD3200支持异步电机。EV3200支持同步异步电机。采用超薄设计，安装更为方便。产品满足国家标准《电梯制造与安装安全规范》
TD3100、EV3100是电梯专用变频器，TD3100为异步电机专用,EV3100 系列可以驱动异步电机和同步电机。产品满足国家标准《电梯制造与安装安全规范》。
EV1000、EV2000系列高性能通用变频器
EV3000高性能矢量控制变频器:EV3000系列变频器是高品质、多功能、低噪音的矢量控制通用变频器。通过对电机磁通电流和转矩电流的解耦控制，实现了转矩的快速响应和准确控制，能以很高的控制精度进行宽范围的调速运行。
EV6000G 是新一代一体化传动解决方案平台产品。采用智能可扩展模块化设计，支持多种通讯卡，扩展卡,脉冲反馈卡等；具备伺服控制能，实现精确定位和位置同步；采用内嵌式PLC设计，支持行业功能自订制;采用全新结构设计，支持透壁安装，操作安全方便.

EMERON艾默生变频器TD900和TD1000系列变频器全部为EV1000系列替代，EMERSON 变频器EV1000、EV2000系列通用变频器EV1000（0.4KW-5.5KW）.EV2000(5.5KW-280KW)艾默生变频器EV3000(TD3000)系列高性能适量控制通用变频器TD3000(2.2KW-280KW)艾默生变频器TD3300张力控制专用变频器TD3300(2.2KW-75KW)艾默生变频器电梯专用变频器EV3100(TD3100)(5.5KW-30KW)艾默生变频器TD3200系列门机专用变频器TD3200(0.2KW-0.4KW)艾默生变频器TD3400注塑专用变频器TD3400(7.5KW-75W)艾默生变频器EV3500模块化大功率变频调速柜(315KW-560KW)艾默生变频器TD2100供水专用变频器TD2100(5.5KW-75KW)艾默生变频器SK性能可编程变频器(0.25KW-15KW) 。