摘要：本文系统阐述了通用变频器的主要控制方式及其技术特性，包括U/f恒定控制、电压空间矢量控制、矢量控制、直接转矩控制和矩阵式交-交控制。针对变频器控制方式的合理选用，重点论述了转矩控制型变频器的选型原则、外部配置及注意事项，为工程应用提供参考。

关键词：变频器；控制方式；选型；直接转矩控制；矢量控制

1 引言

变频技术是应交流电机无级调速的需求而发展起来的。自20世纪60年代以来，电力电子器件经历了从SCR、GTO、BJT、MOSFET到IGBT、HVIGBT的演进，推动了电力电子变换技术的不断进步。20世纪70年代，脉宽调制变压变频（PWM-VVVF）调速研究受到重视；80年代，PWM模式优化成为热点，其中鞍形波PWM模式效果最佳。80年代后期，美、日、德、英等国的VVVF变频器已投入市场并广泛应用。

2 变频器控制方式

低压通用变频器输出电压380~650V，功率0.75~400kW，频率0~400Hz，主电路采用交-直-交结构。其控制方式经历了以下五代：

2.1 U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制

控制电路简单、成本低，机械特性硬度较好，能满足一般平滑调速要求。但低频时输出电压低，转矩受定子电阻压降影响显著，最大转矩减小；动态转矩能力和静态调速性能不足，转矩响应慢，低速时性能下降。

2.2 电压空间矢量（SVPWM）控制

以逼近电机气隙理想圆形旋转磁场为目标，一次生成三相调制波形。引入频率补偿消除速度误差，通过反馈估算磁链幅值消除低速时定子电阻影响，输出电压电流闭环提高动态精度。但控制环节多，未引入转矩调节，系统性能未根本改善。

2.3 矢量控制（VC）

将异步电动机定子电流通过坐标变换等效为直流电动机的励磁电流和转矩电流，实现解耦控制。具有划时代意义，但转子磁链难以准确观测，系统特性受电机参数影响大，矢量旋转变换复杂，实际控制效果不理想。

2.4 直接转矩控制（DTC）

1985年由德国鲁尔大学DePenbrock教授提出。直接在定子坐标系下控制磁链和转矩，省去矢量旋转变换，结构简洁，动静态性能优良，已成功应用于电力机车牵引。

2.5 矩阵式交-交控制

省去中间直流环节，无需大电解电容，功率因数高，输入电流正弦，可四象限运行。通过控制定子磁链和转矩直接产生PWM信号，具有快速转矩响应（<2ms）、高速度精度（±2%）、高转矩精度（<+3%），低速时可输出150%~200%转矩。

3 变频器控制方式的合理选用

控制方式是决定变频器性能的关键。选用时应按负载特性，以满足使用要求为准，做到量才使用、经济实惠。表1列出不同控制方式的适用场合。

4 转矩控制型变频器的选型及相关问题

基于调速方便、节能、运行可靠的优点，变频调速已逐渐替代传统调速方式。1998年末出现DTC控制技术，如ABB ACS600系列，能开环准确控制转速和转矩，动态静态指标优于PWM闭环控制。

4.1 选型原则

首先根据机械对转速和转矩要求确定最大输入功率：P=nT/9950(kW)。然后选择电机极数和额定功率，使同步转速覆盖调速范围。最后根据变频器输出功率和额定电流稍大于电机功率和电流的原则确定型号。注意环境温度、海拔等因素导致的降容。

4.2 外部配置及注意事项

1）选择合适的外部熔断器，避免内部短路损坏整流器件。2）选用屏蔽动力电缆，长度尽可能短，必要时配置输出电抗器。3）在输入侧装交流电抗器或EMC滤波器抑制电磁干扰，输出侧配置du/dt滤波器保护电机。

5 结语

变频器选型需认真对待，应根据实际负载特性，选择合适控制方式和配置，以实现经济高效运行。