1 變頻器簡介
1.1 變頻器的基本結構
變頻器是把工頻電源(50hz或60hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現電機的變速執行的裝置，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對於如向量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要乙個進行轉矩計算的cpu以及一些相應的電路。
1.2 變頻器的分類
變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關方式分類，可以分為pam控制變頻器、pwm控制變頻器和高載頻pwm控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為v/f控制變頻器、轉差頻率控制變頻器和向量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高效能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。
2 變頻器中常用的控制方式
2.1 非智慧型控制方式
在交流變頻器中使用的非智慧型控制方式有v/f協調控制、轉差頻率控制、向量控制、直接轉矩控制等。
(1) v/f控制
v/f控制是為了得到理想的轉矩-速度特性，基於在改變電源頻率進行調速的同時，又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都採用這種控制方式。v/f控制變頻器結構非常簡單，但是這種變頻器採用開環控制方式，不能達到較高的控制效能，而且，在低頻時，必須進行轉矩補償，以改變低頻轉矩特性。
(2) 轉差頻率控制
轉差頻率控制是一種直接控制轉矩的控制方式，它是在v/f控制的基礎上，按照知道非同步電動機的實際轉速對應的電源頻率，並根據希望得到的轉矩來調節變頻器的輸出頻率，就可以使電動機具有對應的輸出轉矩。這種控制方式，在控制系統中需要安裝速度感測器，有時還加有電流反饋，對頻率和電流進行控制，因此，這是一種閉環控制方式，可以使變頻器具有良好的穩定性，並對急速的加減速和負載變動有良好的響應特性。
(3) 向量控制
向量控制是通過向量座標電路控制電動機定子電流的大小和相位，以達到對電動機在d、q、0座標軸系中的勵磁電流和轉矩電流分別進行控制，進而達到控制電動機轉矩的目的。通過控制各向量的作用順序和時間以及零向量的作用時間，又可以形成各種pwm波，達到各種不同的控制目的。例如形成開關次數最少的pwm波以減少開關損耗。。
基於轉差頻率的向量控制方式與轉差頻率控制方式兩者的定常特性一致，但是基於轉差頻率的向量控制還要經過座標變換對電動機定子電流的相位進行控制，使之滿足一定的條件，以消除轉矩電流過渡過程中的波動。因此，基於轉差頻率的向量控制方式比轉差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改善。但是，這種控制方式屬於閉環控制方式，需要在電動機上安裝速度感測器，因此，應用範圍受到限制。
無速度感測器向量控制是通過座標變換處理分別對勵磁電流和轉矩電流進行控制，然後通過控制電動機定子繞組上的電壓、電流辨識轉速以達到控制勵磁電流和轉矩電流的目的。這種控制方式調速範圍寬，啟動轉矩大，工作可靠，操作方便，但計算比較複雜，一般需要專門的處理器來進行計算，因此，實時性不是太理想，控制精度受到計算精度的影響。
(4) 直接轉矩控制
直接轉矩控制是利用空間向量座標的概念，在定子座標系下分析交流電動機的數學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩，通過檢測定子電阻來達到觀測定子磁鏈的目的，因此省去了向量控制等複雜的變換計算，系統直觀、簡潔，計算速度和精度都比向量控制方式有所提高。即使在開環的狀態下，也能輸出100%的額定轉矩，對於多拖動具有負荷平衡功能。
(5) 最優控制
最優控制在實際中的應用根據要求的不同而有所不同，可以根據最優控制的理論對某乙個控制要求進行個別引數的最優化。例如在高壓變頻器的控制應用中，就成功的採用了時間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實現一定條件下的電壓最優波形。
(6)其他非智慧型控制方式
在實際應用中，還有一些非智慧型控制方式在變頻器的控制中得以實現，例如自適應控制、滑模變結構控制、差頻控制、環流控制、頻率控制等。
2.2 智慧型控制方式
智慧型控制方式主要有神經網路控制、模糊控制、專家系統、學習控制等。在變頻器的控制中採用智慧型控制方式在具體應用中有一些成功的範例。
(1) 神經網路控制
神經網路控制方式應用在變頻器的控制中，一般是進行比較複雜的系統控制，這時對於系統的模型了解甚少，因此神經網路既要完成系統辨識的功能，又要進行控制。而且神經網路控制方式可以同時控制多個變頻器，因此在多個變頻器級聯時進行控制比較適合。但是神經網路的層數太多或者演算法過於複雜都會在具體應用中帶來不少實際困難。
(2) 模糊控制
模糊控制演算法用於控制變頻器的電壓和頻率，使電動機的公升速時間得到控制，以避免公升速過快對電機使用壽命的影響以及公升速過慢影響工作效率。模糊控制的關鍵在於論域、隸屬度以及模糊級別的劃分，這種控制方式尤其適用於多輸入單輸出的控制系統。
(3) 專家系統
專家系統是利用所謂「專家」的經驗進行控制的一種控制方式，因此，專家系統中一般要建立乙個專家庫，存放一定的專家資訊，另外還要有推理機制，以便於根據已知資訊尋求理想的控制結果。專家庫與推理機制的設計是尤為重要的，關係著專家系統控制的優劣。應用專家系統既可以控制變頻器的電壓，又可以控制其電流。
(4) 學習控制
學習控制主要是用於重複性的輸入，而規則的pwm訊號(例如中心調製pwm)恰好滿足這個條件，因此學習控制也可用於變頻器的控制中。學習控制不需要了解太多的系統資訊，但是需要1~2個學習週期，因此快速性相對較差，而且，學習控制的演算法中有時需要實現超前環節，這用模擬器件是無法實現的，同時，學習控制還涉及到乙個穩定性的問題，在應用時要特別注意。
3 變頻器控制的展望
隨著電力電子技術、微電子技術、計算機網路等高新技術的發展，變頻器的控制方式今後將向以下幾個方面發展。
(1) 數字控制變頻器的實現
現在，變頻器的控制方式用數字處理器可以實現比較複雜的運算，變頻器數位化將是乙個重要的發展方向，目前進行變頻器數位化主要採用微控制器mcs51或80c196mc等，輔助以sle4520或epld液晶顯示器等來實現更加完善的控制效能。
(2) 多種控制方式的結合
單一的控制方式有著各自的優缺點，並沒有「萬能」的控制方式，在有些控制場合，需要將一些控制方式結合起來，例如將學習控制與神經網路控制相結合，自適應控制與模糊控制相結合，直接轉矩控制與神經網路控制相結合，或者稱之為「混合控制」，這樣取長補短，控制效果將會更好。
(3) 遠端控制的實現
計算機網路的發展，使「天涯若咫尺」，依靠計算機網路對變頻器進行遠端控制也是乙個發展方向。通過rs485介面及一些網路協議對變頻器進行遠端控制，這樣在有些不適合於人類進行現場操作的場合，也可以很容易的實現控制目標。
(4) 綠色變頻器
隨著可持續發展戰略的提出，對於環境的保護越來越受到人們的重視。變頻器產生的高次諧波對電網會帶來汙染，降低變頻器工作時的雜訊以及增強其工作的可靠性、安全性等等這些問題，都試圖通過採取合適的控制方式來解決，設計出綠色變頻器。
變頻器基本結構與控制
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