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变频器控制方式有哪些_变频器有几种控制方式_变频器的控制方式详解变频调速技术是现代电力传动技术的重要发展方向，而作为变频调速系统的核心变频器的性能也越来越成为调速性能优劣的决定因素，除了变频器本身制造工艺的先天条件外，对变频器采用什么样的控制方式也是非常重要的。
本文从工业实际出发，综述了近年来各种变频器控制方式的特点，并展望了今后的发展方向。
变频器简介1）变频器的基本结构变频器是把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。
对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。
2）变频器的分类变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM 控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。
变频器控制方式选择依据对于控制方式，要根据生产机械的具体要求来进行选择。
1、二次方律负载对于离心式风机、水泵和空气压缩机一类的二次方律负载，一般采用V/F控制方式为宜。
因为V/F控制方式有低励磁U/f线，在低频运行时可以更好地节能。
矢量控制方式实质上是使电动机始终保持额定磁通的控制方式，不可能实现低励磁。
2.恒转矩负载（1）对于负载率经常变动、调速范围又不很大的负载，一般以选择无反馈矢量控制为好，因为V/F控制方式的转矩提升量不易预置得恰到好处，但采用无馈矢量控制方式时，须注。
三相变频矩阵式电路运算形式
郑新卿
【期刊名称】《机电产品开发与创新》
【年(卷),期】2011(0)3
【摘要】三相变频电路的矩阵计算是破解变频电路的难题之一,也为高等数学矩阵运算应用于电力电子拖动系统的重要体现,本文从矩阵运算的基本方法出发,借助于三相电路电压与电流的基本性质,运用矩阵方式进行了运算推论,在理清矩阵运算的同时,给出基本的表现形式,以引导研究者和学习者,进一步认识矩阵变频电路的特性.【总页数】3页(P163-165)
【作者】郑新卿
【作者单位】潍坊科技学院,山东,寿光,262700
【正文语种】中文
【中图分类】TN77
【相关文献】
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2.用线性变频运算电流放大器（TOCA）的电流处理电路 [J], 黄金湘
3.基于运算放大器的三相正弦波振荡电路的研究 [J], 姚旭东;邵麦顿
4.一种三相电动机的两相交直交变频电路及其控制方法 [J], 马汇海;汪超;孟彦京
5.马达控制三相变频器中相电流Shunt检测电路设计 [J],
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变频器工作原理与结构图文详解—变频器的功能作用分析变频器变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。
变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。
随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
变频器基本组成变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。
整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直流电。
高容量电容：存储转换后的电能。
逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。
控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。
变频器的结构与原理图解变频器的发展也同样要经历一个徐徐渐进的过程，最初的变频器并不是采用这种交直交：交流变直流而后再变交流这种拓扑，而是直接交交，无中间直流环节。
这种变频器叫交交变频器，目前这种变频器在超大功率、低速调速有应用。
其输出频率范围为：0-17（1/2－1/3 输入电压频率），所以不能满足许多应用的要求，而且当时没有IGBT，只有SCR，所以应用范围有限。
变频器其工作原理是将三相工频电源经过几组相控开关控制直接产生所需要变压变频电源，其优点是效率高，能量可以方便返回电网，其最大的缺点输出的最高频率必须小于输入电源频率1/3或1/2，否则输出波形太差，电机产生抖动，不能工作。
故交交变频器至今局限低转速调速场合，因而大大限制了它的使用范围。
变频器电路结构框架图矩阵式变频器是一种交交直接变频器，由9个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成。
矩阵式变频器原理及其电气应用前景【摘要】矩阵式变频器是一种新型的交- 交直接电力变换器，本文首先介绍矩阵式变频器的电路结构，然后简述两种主要的控制方法，最后通过其优点描述矩阵式变频器在电气工程领域的应用前景。
0 引言：矩阵变频器（Matrix Converter ）作为一种新型的交- 交直接电力变换器，在M.Venturini 及Huber.L 各自提出两种有效的开关控制策略后，其特点已为人们所关注。
和传统的交-直- 交以及相控式交-交变频器相比，它具有如下优点：（1）无中间直流环节，能量直接传递，传输效率高；（2）可获得正弦波的输入电流和输出电压，无低次谐波，高次谐波较少；（3）输入功率因数可任意调节，且与负载功率因数无关；（4）能量可双向传递，适合四象限运行的交流传动系统；（5）控制自由度大，与相控式交- 交变频相比，输出频率不受输入电源频率的限制。
1 矩阵式变频器拓扑结构：图1 所示为三相- 三相矩阵式变频器的电路结构。
该电路拓扑中含有9个双向开关（图2）S11〜S13, S21〜S23, S31〜S33;通过对这9个双向开关的逻辑控制，可实现对电源的电压和频率的变换，从而向负载提供幅值和频率可调的电压和电流。
即：对一组频率为的三相输入电压，通过一定的规则控制变频器中的功率开关，可以合成所需频率为的三相输出电压，，式中不同的变换矩阵的确定方法就是各种矩阵式变频器的控制策略。
2 矩阵式变频器的控制原理：2.1 基于开关函数的Venturini 法：对于图1所示的三相-三相矩阵式变频器，将S11〜S13, S21〜S23,S31〜S33这9个双向开关的逻辑控制看作一个3X3的矩阵函数，则输出相电压与输入相电压之间的关系可用式1 表示。
根据矩阵理论，满足式1，式2 的矩阵和有无穷个。
基于开关函数的Venturini 法就是指在给定输入电压函数、期望输出电压函数以及各种约束条件下，得出最优化的矩阵和，使矩阵变频器中相关的一组功率开关各自的占空比由一个连续函数或分段连续函数来表示，利用精确的数学表达式来确定开关的具体动作。
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。
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交流电机控制方法
交流电机控制方法主要包括以下几种：
1. 传统控制方法：主要包括电压-频率调节、电流调节、相角调节等。
这些方法通过
改变电源电压、电流或相角来实现电机速度和转矩的控制。
但这种控制方法存在响应速度慢、稳定性差、调速范围有限等缺点。
2. 矢量控制（场导向控制）：矢量控制是一种基于现代控制理论的交流电机控制方法，它将交流电机模型转换为直流电机模型进行控制。
通过磁场和转矩的解耦控制，实现高精度、高速度的电机控制。
矢量控制技术不断发展，包括磁通快速控制、参数辨识和调节器自整定、非线性自抗扰控制器等。
3. 直接转矩控制：直接转矩控制是另一种交流电机控制方法，它通过直接控制电机的转矩和磁场来实现高性能的电机控制。
直接转矩控制具有响应快、调速范围广、稳定性好等优点。
4. 电位器控制：电位器控制是一种基于电位器传感器的无极调速控制方法。
通过改变电位器的电阻值来实现电机转速的无极调节。
这种方法具有成本低、结构简单、调速性能良好等特点。
5. 变频器控制：变频器控制是一种通过改变电源频率来实现电机转速调节的方法。
变频器具有调速范围大、稳定性好、能耗低等优点，但成本较高。
6. 矩阵式变换器控制：矩阵式变换器是一种适用于交流电机调速系统的组合控制策略，它同时实现了矩阵式变换器的空间矢量调制和异步电机的直接磁场定向矢量控制。
这种方法具有高效、高性能、高可靠性等优点。
综上所述，交流电机控制方法多种多样，不同方法各有优缺点，适用于不同应用场景。
随着现代控制理论和电子技术的发展，未来交流电机控制技术将更加智能化、高效化和绿色化。
南阳理工学院本科毕业设计论文学院（系）：电子与电气工程学院专业：电气工程及其自动化学生：****: **完成日期： 2015 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）矩阵式交-交变频控制系统设计Design of Matrix - alternating Frequency Converter ControlSystem总计：毕业设计（论文）27 页表格： 1 个插图： 17 幅南阳理工学院本科生毕业设计（论文）矩阵式交-交变频控制系统设计Design of Matrix - alternating Frequency Converter ControlSystem学院（系）：电子与电气工程学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：学号： 1109615023指导教师：卢峥评阅教师：完成日期：南阳理工学院Nanyang Institute of Technology矩阵式交-交变频控制系统设计矩阵式交-交变频控制系统设计电气工程及其自动化专业【摘要】矩阵式交-交变频器是一种新型的交-交直接电力变频器。
本文主要讨论了矩阵式交-交变频器的主电路和控制系统。
主电路采用反相串联的双向IGBT开关，用可编程逻辑元件实现四步切换，以保证安全换流。
在输入相电流空间矢量调制和输出线电压空间矢量调制的基础上，根据开关函数的瞬时对应关系及其限定条件，综合出MC的PWM控制策略。
最后，给出了仿真与试验波形。
【关键词】矩阵式交-交变频；工作原理；空间矢量；双极开关Design of Matrix - alternating Frequency Converter ControlSystemElectrical Engineering and Automation SpecialtyAbstract :Matrix hands - make inverter is a new type of cross - to pay directpo- wer converter。
矩阵式交---交变频器姓名摘要：本文介绍了矩阵式变频电路及变频器的工作原理和调制策略，文中遵循理论和实际相结合的原则，对变频器的工作原理和调制策略作了详细的分析。
关键词：变频、工作原理、调制策略引言：随着电力电子技术的发展，电力电子器件从20世纪60年代的SCR（晶闸管）发展到HVIGBT（耐高压绝缘栅双极型晶体管）。
继VVVF变频之后出现了矢量控制变频、直接转矩控制变频，其共同缺点是输入功率因数低，直流回路需要耐高压大容量的储能电容，再生能量不能回馈电网。
矩阵式交—交变频能克服以上不足，近年来越来越受到人们的广泛关注。
矩阵式变频器是一种交-交直接变频器，由九个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成。
矩阵变换器没有中间直流环节，输出由三个电平组成，谐波含量比较小;其功率电路简单、紧凑，并可输出频率、幅值及相位可控的正弦负载电压;矩阵变换器的输入功率因数可控，可在四象限工作。
一、拓扑结构的发展矩阵变换器的电路拓扑形式在1976年由L.Gyllglli提出。
直到1979年，M.Venturini和A.Alesina[7]首先提出了由9个功率开关组成的矩阵式交—交变换器结构，并指出矩阵式变换器的输入功率因素角是可以任意调节的，但后来发现这种变换器存在固有极限，最大电压增益为0.866，并且与控制算法无关。
由于矩阵式变换器的主回路采用9个双向开关，还存在着双向开关的实现与保护问题，其难点在于开关换流时，既不能有死区又不能有交叠，否则，任何一种情况都将导致开关管的损坏。
为了实现安全换流，N.Burany提出了一种四步换流策略，可实现半软开关换流。
矩阵变换器最初提出时指的是M相输入变换到N相输出的一般化结构，因此曾被称为通用变换器。
根据M、N取值的不同及输入输出端电源性质的不同，人们提出了许多拓扑结构（1）由三相交流变换到两组直流，或者一组可变换极性的直流；（2）从三相交流变换到单相交流；（3）从单一直流变换到三相交流，也就是通常所说的逆变器；（4）由交流三相变换到交流三相，它的输入输出端之间采用双向开关互相连接，即9开关矩阵变换器，它是研究得最多的一种拓扑；（5）由交流三相变换到交流三相，但输入输出端之间采用3个全控桥进行连接，称为电压源型矩阵变换器。
它的结构比9开关矩阵变换器复杂，但性能更优。
二、矩阵式变频电路的基本工作原理（1）利用单相输入u为对单相交流电压us进行斩波控制，即进行PWM控制时，输出电压o式中c T ——开关周期；on t ——一个开关周期内开关导通时间；σ——占空比不同的开关周期中采用不同的s ，可得到与Us 频率和波形都不同的Uo单相交流Us 波形为正弦波，可利用的输入电压部分只有单相电压阴影部分，因此Uo 将受到很大局限，无法得到所需输出波形。
（2）利用三相相电压把输入改为三相，就可利用三相相电压包络线中所有的阴影部分，理论上所构造的Uu 的频率可不受限制，但如uu 必须为正弦波，则其最大幅值仅为输入相电压ua 幅值的0.5倍。
（3）利用三相线电压用图1-a 中第一行和第二行的6个开关共同作用来构造输出线电压uuv ，可利用6个线电压包络线中所有的阴影部分，当uuv 必须为正弦波时，最大幅值就可达到输入线电压幅值的0.866倍，正弦波输出条件下矩阵式变频电路理论上输出输入电压比最大。
图1 矩阵式变频电路的主电路拓扑及其开关单元a) 矩阵式变频电路的主电路拓扑 b) 一种常用的开关单元以相电压输出方式为例分析矩阵式交交变频电路的控制，利用对开关S11、S12和S13的控制构造输出电压uu ，为防止输入电源短路，任何时刻只能有一个开关接通，负载一般是阻感，负载电流具有电流源性质，为使负载不开路，任一时刻必须有一个开关接通。
图2 构造输出电压时可利用的输入电压部分a) 单相输入 b) 三相输入构造输出相电压 c) 三相输出构造输出线电压u 相输出电压uu 和各相输入电压的关系为式中σ11、σ12和σ13——一个开关周期内开关S11、S12、S13的导通占空比对于三相有uo=s uio U i U σ称为调制矩阵σ矩阵中各元素确定后，输入电流ia 、ib 、ic 和输出电流iu 、iv 、iw 的关系也就确定了ii =σT*io式中 ii io即是矩阵式变频电路的基本输入输出关系式。
对实际系统来说，输入电压和所需要的输出电流是已知的。
式中Uim 、Iom ——输入电压和输出电流的幅值；wi、wo——输入电压和输出电流的角频率；jo——相应于输出频率的负载阻抗角。
变频电路希望的输出电压和输入电流分别为式中Uom、Iim——输出电压和输入电流的幅值；φi ——输入电流滞后于电压的相位角当期望的输入功率因数为1时，φi =0。
把这几个式子结合，可得如能求得满足式(4-35)和式(4-36)的s ，就可得到希望的输出电压和输入电流。
三、矩阵式变频器的特点与传统的交—直—交变频器和交—交变频器相比，矩阵式变频器有如下几方面的显著特点：（1）输出电压幅值和频率可独立控制，输出频率可以高于、低于输入频率，理论上可以达到任意值；（2）在某些控制规律下，输入功率因数角能够灵活调节达到0.99以上，并可自由调节，可超前、滞后或调至接近于单位功率因数角；（3）采用四象限开关，可以实现能量双向流动；（4）没有中间储能环节，结构紧凑，效率高；（5）输入电流波形好，无低次谐波；（6）具有较强的可控性。
矩阵变换器的控制策略包括开关函数S的确定、实现和安全换流，开关函数的确定方法有直接变换法、空间矢量调制法[1]和滞环电流跟踪法，目前空间矢量调制法研究的比较成熟。
在换流方法的研究上有四步法、三步法、两步法、软开关换流。
四、矩阵式变换器调制策略目前，矩阵变换器的调制策略常用开关函数矩阵来描述，开关函数的确定即矩阵式变换器调制策略主要有以下三种方法：（1）直接变换法是通过对输入电压的连续斩波来合成输出电压，它可分为坐标变换法、谐波注入法、双电压瞬时值控制法。
这些方法虽各有一定的优点，但也存在其不足，如坐标变换法矩阵变换器的输出电压偏低；谐波注入法计算量大，开关状态复杂，对控制系统要求很高。
（2）间接变换法此法可称为交—直—交等效变换法、空间矢量调制法。
目前在矩阵式变换器中研究较多也较为成熟。
它将交—交变换虚拟为交—直和直—交变换，等效为整流和逆变，其具体实现时整流和逆变是一步完成的，低次谐波得到了较好的抑制。
其控制方案较为复杂，缺少有效的动态分析支持。
在此基础上，丹麦学者ChristianKlumpner等人研究出一种多边形磁链调制法，这也是一种基于间接调制模型的新型调制方法。
在采样期间，只用到逆变阶段的一个有效矢量和一个零矢量，使得定子磁链误差达到最小；而在整流阶段，按照输入电流参考矢量角误差最小的原则，只选单个电流矢量。
因此，在采样期间，就可以减少开关的次数，尤其在低频调制阶段，可以提高输出电压的精度；同时又可以对输入电流矢量进行直接控制。
该方法由于磁链按多边形投影，而多边形非常接近圆，因而使得电机漏磁减到最少。
其主要优点有可以准确估计输入电流；直接控制输入电流矢量角；减少开关次数，提高脉冲分辨率；提高输入端开关频率。
（3）电流控制法它以输出电压为控制目标，一般要求电流为对称正弦量，因此变换器输出电流要跟踪给定电流呈正弦变化。
它有两种基本实现方法：滞环电流控制法和预测电流控制法。
滞环电流跟踪法是将三相输出电流信号与实测的输出电流信号相比较，根据比较结果和当前的开关电源状态决定开关动作，它具有容易理解、实现简单、响应快、鲁棒性好等优点，但开关频率不够稳定，谐波随机分布，且输入电流波形不够理想，存在较大的谐波等。
预测电流控制法的基本思想是利用变换器下一开关周期的期望电流值和当前的实际电流值可以计算出符合电流变化的变换器输出电压矢量，然后在变换器的虚拟逆变器中运用空间矢量法合成这一输出电压矢量，就可以达到跟踪输出电流的目的，但复杂性和计算量将有所增加。
以上所有这些调制策略均各有其优越性，不同程度地存在问题，而影响这些方法研究应用的深度和广度，在不同的场合下侧重点不同，应采用不同的调制策略来进行研究。
五、矩阵变频器的应用前景矩阵变换器由于具有输入电流为正弦量、双向功率流动、输入功率因数可调等优越性能，其应用研究与前景可从几个方面来探讨：（1）应用于转速较低的传动系统矩阵变换器的电压传输比受到一定限制，在输出频率较高时会出现输出电压不足的现象，不太适合调速范围较高的场合；它不需要更换电解电容的，因而可以在低频大功率变频调速系统中长时间可靠工作。
（2）作为电源产品与目前的电源产品相比，矩阵变换器有一定优越性，如功率因数高、无中间储能环节、结构紧凑寿命长，在这方面，矩阵式变换器的研究有良好的市场前景。
（3）用于高压大功率变换在需要高压的场合，可以将矩阵式变换器串联使用，达到高压大功率输出的目的。
（4）用于功率因数校正由于矩阵式变换器的输入功率因数可以任意调节，其调制策略和实现技术在某些场合可以用于校正电路的功率因数。
由于它具有柔性变换能力，可以作为一种通用的电力变换器来实现电力变压器的某些性能，作为无功补偿器来提高电网利用率。
矩阵变换器在风力发电、热电机组直流电源、感应电动机调速、电力系统应用（如统一潮流控制器UPFC）以其优越的性能都可以做些可行的应用研究。
矩阵式交—交变频器作为一种具有优良控制性能和发展前途的新型变频电源。
它的研究工作在国内外引起了广泛的重视，己经取得了较大的成果。
虽然矩阵式变换器依然存在很多的问题有待进一步解决如输出电压传输比低是矩阵式变换器存在的主要缺点；如IGBT成本较高、控制电路较复杂，适合用于大功率的应用场合。
然而，矩阵变换器可以在变频调速中的应用研究既可产生节能的重大经济效益，又避免了因谐波污染带来电力系统环保问题，是一种“绿色”的变换器。
随着研究的不断深入，电力电子器件和应用技术以及微机控制技术的发展，控制理论的日益完善，成本的不断降低，矩阵式变换器必将以其独特的优点在未来产品化方面形成优势，日益接近实用化。
总而言之，矩阵变频器使用了三相电压输入来控制输出电压，这就不仅能吸收任何电流杂波，也能提供一个清洁的输出电压，也就是说“可以有效地进行输入电源电流控制与输出电压控制”。
这也是矩阵变频器吸引人们的一个重要点:能大大降低输入电流谐波的产生，只有大约传统交-直-交变频器的20％以下。
而且矩阵变频器的电流几乎是正弦波，即使在带载情况下，也是如此。
当有再生发电时，电流能以180°转换并反馈到电网中，而且也是以正弦波方式。
在再生制动方式的工作中，矩阵变频器不需要制动电阻或特殊的变换器。
反馈回的电亦无需额外的设备(如变压器等)进行处理。
总之，传动能在四象限高效率地运行。
