U/f控制方式分类及其介绍

1.U/f控制 按照图2-5所示的电压、频率关系对变频器的频率和电压进行控制，称为U/f控制方式。基频以下可以实现恒转矩调速，基频以上则可以实现恒功率调速。

图2-15 U/f控制方式

U/f方式又称为VVVF（Variable Voltage Variable Freqency）控制方式，其简化的原理性框图如图2-15所示。主电路中逆变器采用BJT，用PWM方式进行控制。逆变器的控制脉冲发生器同时受控于频率指令f∗和电压指令U，而f∗与U之间的关系是由U/f曲线发生器（U/f模式形成）决定的。这样经PWM控制之后，变频器的输出频率f、输出电压U之间的关系，就是U/f曲线发生器所确定的关系。由图可见，转速的改变是靠改变频率的设定值f^∗来实现的。电动机的实际转速要根据负载的大小，即转差率的大小来决定。负载变化时，在f^∗不变条件下，转子转速将随负载转矩变化而变化，故它常用于速度精度要求不十分严格或负载变动较小的场合。

U/f控制是转速开环控制，无需速度传感器，控制电路简单，负载可以是通用标准异步电动机，所以通用性强，经济性好，是目前通用变频器产品中使用较多的一种控制方式。

2.转差频率控制 在没有任何附加措施的情况下，U/f控制方式下，如果负载变化，转速也会随之变化，转速的变化量与转差率成正比。U/f控制的静态调速精度显然较差。为提高调速精度，采用转差频率控制方式。

根据速度传感器的检测，可以求出转差频率Δf，再把它与速度设定值f^∗相叠加，以该叠加值作为逆变器的频率设定值，就实现了转差补偿。这种实现转差补偿的闭环控制方式称为转差频率控制方式。与U/f控制方式相比，其调速精度大为提高。但是，使用速度传感器求取转差频率，要针对具体电动机的机械特性调整控制参数，因而这种控制方式的通用性较差。

转差频率控制方式的原理框图如图2-16a所示。对应于转速的频率设定值为f^∗，经转差补偿后定子频率的实际设定值则为。

由图2-16b可见，由于转差补偿的作用，调速精度提高了。

3.矢量控制 上述的U/f控制方式和转差频率控制方式的控制思想都建立在异步电动机的静态数学模型上。因此，动态性能指标不高。对于轧钢、造纸设备等对动态性能要求较高的应用，可以采用矢量控制变频器。(www.xing528.com)

图2-16 转差频率控制方式

a）电路结构 b）机械特性

采用矢量控制方式的目的，主要是为了提高变频调速的动态性能。根据交流电动机的动态数学模型、利用坐标变换的手段，将交流电动机的定子电流分解成磁场分量电流和转矩分量电流，并分别加以控制，即模仿自然解耦的直流电动机的控制方式，对电动机的磁场和转矩分别进行控制，以获得类似于直流调速系统的动态性能。

在矢量控制方式中，磁场电流i_m1和转矩电流i_t1的实际值可以根据可测定的电动机定子电压、电流的实际值经计算求得。磁场电流和转矩电流的实际值再与相应的设定值相比较并根据需要进行必要的校正。高性能速度调节器的输出信号可以作为转矩电流（或称有功电流）的设定值，如图2-17所示。动态频率前馈控制df/dt可以保证快速动态响应。

图2-17 矢量控制原理框图

4.直接转矩控制 DTC（Direct Torque Control）的控制思想也是建立在电机动态模型的基础上。但仅在定子坐标系内进行控制。把逆变器和电机视为一体，对逆变器进行两点式砰—砰控制去改变定子电压空间矢量，也就是改变逆变器的开关模式进而直接控制电机的转矩。所组成的控制系统比矢量控制系统简单得多。在起动、制动、负载变化时，转矩的响应是很快的，系统的动态、静态性能是很高的。ABB公司等已有直接转矩控制通用变频器向市场提供。