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[摘要]现代化工业生产对电气控制系统的稳定性和可靠性要求越来越高。近年来，随着计算机技术和电力电子器件的迅猛发展，同时也带动电气传动和自动控制领域的发展。变频技术的运用使得电动机的控制系统从整体上得到较大提高，可以解决传统控制系统存在诸多的问题。
[关键词]电气设备 变频控制 调速
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)1010117－01
传统的直流传动由于直流电动机具有机械式换向器这一致命弱点，从而给直流传动的应用带来了一系列的限制。近年来，随着矢量控制技术和直接转矩控制技术的应用,变频技术日趋成熟，其调速性能完全可以和直流传动相媲美，并有取代之趋势[1]。
一、电气调速控制方法
电气调速控制的方法很多，对直流驱动来讲60年代采用发电机－电机系统。从控制电阻分级控制，到交磁放大控制，到可控硅SCR激磁控制，到主回路可控硅即晶闸管整流供电系统。
从交流驱动来讲：常规的方法是采用绕线式电动机转子串电阻调速，为满足重物下放时的低速，一般依靠能耗制动、反接制动，后来还采用涡流制动，还有靠转子反馈控制制动、反接制动、单相制动器抱闸松劲的所谓软制动，随着电子技术的发展，国内外开发研制变频调速。
电动机调速方案如表所示。
二、变频调速系统的技术优势
1．以坚固、耐用、制造方便和廉价的交流鼠笼式电动机取代维修量大、制造复杂、价格昂贵的直流电动机.直流电动机的整流子和电刷是最薄弱的部分，需经常维护、保养，易损坏[2]。
2．由于变频器正弦波脉宽调制整流技术的应用，可严格地使输入电流正弦化，这样产生的谐波分量很低，电压畸变率在3%以下。而直流调速用晶闸管整流装置在运行中产生的谐波分量很大。特别是低速运行时更大，电压畸变率达6%以上。因此在电网要求高的场合，直流调速系统需增加一套昂贵的谐波吸收装置。
3．由于交流变频器采用交一直一交控制方式，即先将交流电源整流变为直流，再通过SPWM控制技术转为交流变频电源，其中直流回路的滤波电容起到很好的功率因素补偿作用.交流变频系统的功率因数多在0.9以上。而直流调速系统的功率因数较低，额定速度约为0.7，在低速运行时更低，约为0.3。现代电网管理规定均要求功率因数在0.85以上。因此直流调速系统需增设功率因数自动补偿装置。
4．由于控制技术及功率元器件制造技术的发展，使交流变频调速装置的造价大大降低，小功率的变频器价格与直流调速装置相当，大功率的稍贵些。但从系统综合考虑，如交流电动机的价格比直流要低得多，不需要谐波吸收装置、功率因数自动补偿装置，这样交流变频调速系统已比直流调速系统有价格优势。
5．由于交流变频器的IGBT大功率管采用基极保护瞬时封锁，当电网波动较大的场合不会损坏元器件。而直流调速只能用电抗器、快速熔丝保护，在电网波动较大时，易损坏熔断器。
三、变频调速系统的组成与控制方式
（一）变频调速系统的组成
变频调速系统由三个部分组成：整流电路、直流中间电路和逆变电路。一般的三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成，它的主要作用是对工频的外部电源进行整流，并给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。直流中间电路的作用是对整流电路的输出进行平滑，以保证逆变电路和控制电源能够得到质量较高的直流电源。当整流电路是电压源时，直流中间电路的主要元器件是由大容量的电感组成。此外，由于电动机制动的需要，在直流中间电路中有时还包括制动电阻以及其它辅助电路。
逆变电路是变频器最主要的部分之一。它的主要作用是在控制电路的控制下将平滑电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。逆变电路的输出就是变频器的输出，它被用来实现对异步电动机的调速控制。变频器的控制电路包括主控制电路、信号检测电路、门极(基极)驱动电路、外部接口电路以及保护电路等几个部分，也是变频器的核心部分。控制电路的优劣决定了变频器性能的优劣。控制电路的主要作用是将检测电路得到的各种信号送至运算电路，使运算电路能够根据要求为变频器的主电路提供必要的保护。此外控制电路还通过A/D，D/A等外部接口电路接收/发送各种形式的外部信号和给出系统内部的工作状态，以便使变频器能够和外部设备配合进行各种高性能的控制。
（二）变频器的控制方式
1．U/f控制方式。在基频以下，调节变频器输出电压频率的同时也同步调节输出电压幅值就可以达到调速的目的，这就是U/f控制方式。这种控制方式结构简单，但是由于是采用的开环控制方式，其精度和动态特性并不是十分理想尤其是在低速区，电压调整比较困难，难以得到较大的调速范围，所以这种控制方式一般要在对控制性能要求不太高的场合。
2．转差频率控制。如果对异步电动机进行控制时，能够像控制直流电动机那样，用直接控制电枢电流的方法控制转矩，那么就可以使异步电动机得到与直流电动机同样的静、动态特性。而转差频率控制方式和矢量控制方式就是基于这种思路控制异步电动机转矩的，采用转差频率控制方式时需要检测异步电动机的实际转速，所以需要在异步电动机轴上安装速度传感器和编码器等。
3．矢量控制方式。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量。根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式为矢量控制方式。
参考文献：
[1]陶维真，变频调速起重机的特色[J].起重运输机械，1999(04)．
[2]李永乐，交流电机数字控制系统[Ｍ].机械工业出版社，2002．
[关键词]电气设备 变频控制 调速
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)1010117－01
传统的直流传动由于直流电动机具有机械式换向器这一致命弱点，从而给直流传动的应用带来了一系列的限制。近年来，随着矢量控制技术和直接转矩控制技术的应用,变频技术日趋成熟，其调速性能完全可以和直流传动相媲美，并有取代之趋势[1]。
一、电气调速控制方法
电气调速控制的方法很多，对直流驱动来讲60年代采用发电机－电机系统。从控制电阻分级控制，到交磁放大控制，到可控硅SCR激磁控制，到主回路可控硅即晶闸管整流供电系统。
从交流驱动来讲：常规的方法是采用绕线式电动机转子串电阻调速，为满足重物下放时的低速，一般依靠能耗制动、反接制动，后来还采用涡流制动，还有靠转子反馈控制制动、反接制动、单相制动器抱闸松劲的所谓软制动，随着电子技术的发展，国内外开发研制变频调速。
电动机调速方案如表所示。
二、变频调速系统的技术优势
1．以坚固、耐用、制造方便和廉价的交流鼠笼式电动机取代维修量大、制造复杂、价格昂贵的直流电动机.直流电动机的整流子和电刷是最薄弱的部分，需经常维护、保养，易损坏[2]。
2．由于变频器正弦波脉宽调制整流技术的应用，可严格地使输入电流正弦化，这样产生的谐波分量很低，电压畸变率在3%以下。而直流调速用晶闸管整流装置在运行中产生的谐波分量很大。特别是低速运行时更大，电压畸变率达6%以上。因此在电网要求高的场合，直流调速系统需增加一套昂贵的谐波吸收装置。
3．由于交流变频器采用交一直一交控制方式，即先将交流电源整流变为直流，再通过SPWM控制技术转为交流变频电源，其中直流回路的滤波电容起到很好的功率因素补偿作用.交流变频系统的功率因数多在0.9以上。而直流调速系统的功率因数较低，额定速度约为0.7，在低速运行时更低，约为0.3。现代电网管理规定均要求功率因数在0.85以上。因此直流调速系统需增设功率因数自动补偿装置。
4．由于控制技术及功率元器件制造技术的发展，使交流变频调速装置的造价大大降低，小功率的变频器价格与直流调速装置相当，大功率的稍贵些。但从系统综合考虑，如交流电动机的价格比直流要低得多，不需要谐波吸收装置、功率因数自动补偿装置，这样交流变频调速系统已比直流调速系统有价格优势。
5．由于交流变频器的IGBT大功率管采用基极保护瞬时封锁，当电网波动较大的场合不会损坏元器件。而直流调速只能用电抗器、快速熔丝保护，在电网波动较大时，易损坏熔断器。
三、变频调速系统的组成与控制方式
（一）变频调速系统的组成
变频调速系统由三个部分组成：整流电路、直流中间电路和逆变电路。一般的三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成，它的主要作用是对工频的外部电源进行整流，并给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。直流中间电路的作用是对整流电路的输出进行平滑，以保证逆变电路和控制电源能够得到质量较高的直流电源。当整流电路是电压源时，直流中间电路的主要元器件是由大容量的电感组成。此外，由于电动机制动的需要，在直流中间电路中有时还包括制动电阻以及其它辅助电路。
逆变电路是变频器最主要的部分之一。它的主要作用是在控制电路的控制下将平滑电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。逆变电路的输出就是变频器的输出，它被用来实现对异步电动机的调速控制。变频器的控制电路包括主控制电路、信号检测电路、门极(基极)驱动电路、外部接口电路以及保护电路等几个部分，也是变频器的核心部分。控制电路的优劣决定了变频器性能的优劣。控制电路的主要作用是将检测电路得到的各种信号送至运算电路，使运算电路能够根据要求为变频器的主电路提供必要的保护。此外控制电路还通过A/D，D/A等外部接口电路接收/发送各种形式的外部信号和给出系统内部的工作状态，以便使变频器能够和外部设备配合进行各种高性能的控制。
（二）变频器的控制方式
1．U/f控制方式。在基频以下，调节变频器输出电压频率的同时也同步调节输出电压幅值就可以达到调速的目的，这就是U/f控制方式。这种控制方式结构简单，但是由于是采用的开环控制方式，其精度和动态特性并不是十分理想尤其是在低速区，电压调整比较困难，难以得到较大的调速范围，所以这种控制方式一般要在对控制性能要求不太高的场合。
2．转差频率控制。如果对异步电动机进行控制时，能够像控制直流电动机那样，用直接控制电枢电流的方法控制转矩，那么就可以使异步电动机得到与直流电动机同样的静、动态特性。而转差频率控制方式和矢量控制方式就是基于这种思路控制异步电动机转矩的，采用转差频率控制方式时需要检测异步电动机的实际转速，所以需要在异步电动机轴上安装速度传感器和编码器等。
3．矢量控制方式。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量。根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式为矢量控制方式。
参考文献：
[1]陶维真，变频调速起重机的特色[J].起重运输机械，1999(04)．
[2]李永乐，交流电机数字控制系统[Ｍ].机械工业出版社，2002．