机调速的变频器，在性能和品种上出现了巨大的技术进步。其一，是所用的电力电子器件GTR以基本上为绝缘栅双极晶体管IGBT所替代，进而广泛采用性能更为完善的智能功率模块IPM，使得变频器的容量和电压等级不断地扩大和提高。其二，是8位微处理器基本上为16位微处理器所替代，进而有采用功能更强的32位微处理器或双CPU，使得变频器的功能从单一的变频调速功能发展为含有逻辑和智能控制的综合功能。其三，是在改善压频比控制性能的同时，推出能实现矢量控制和转矩直接控制的变频器，使得变频器不仅能实现调速，还可进行伺服控制。其控制方式主要分为以下四种： 3.2.1直接转矩控制方式

1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。由于采用双位式控制，实际转矩必然在上下线脉动；由于磁链计算采用了带积分环节的电压模型，积分初值、累计误差和定子电阻的变化都会影响磁链计算的准确度。以上问题在低速时非常明显，因此系统的调速范围受到限制。 3.2.2矩阵式控制方式

矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1 (Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流)，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。

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3.2.3 电压空间矢量SVPWM控制方式

它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。 3.2.4 正弦脉宽调制SPWM控制方式

正弦脉宽调制(SPWM)控制方式其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。以频率与期望的输出电压波相同的正弦作为调制波，以频率比调制波高很多的等腰三角波作为载波，当调制波与载波相交时，由他们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得幅值相等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列。随着PWM变频器的广泛应用，已制成多种专用集成芯片作为SPWM信号的发生器，许多用于电机控制的微机芯片集成了带有死区的PWM控制功能，经功率放大后，即可驱动电力电子器件，使用相当简便。

3.3变频调速控制方案确定

通过分析以上变频控制方法，直接转矩控制存在转矩脉动与调速范围较小的问题；矢量控制方式受电机参数影响较大加上等效过程复杂存在实际输出不理想的问题；电压空间矢量的控制环节复杂且未引入转矩调节所以对调速系统无较大改善；综上本次异步电机变频调速选择正弦脉宽SPWM控制方式，使用广泛，技术成熟，性能稳定。

3.4 SPWM变频调速

SPWM的原理为在控制电路中调制，在主电路中输出。在控制电路中，一个频率为fr幅值为Ur的参考正弦波Wsin（调制信号）加载于频率为fc幅值为Uc的三角波WΔ（载波）后，得到一个脉冲宽度变化的SPWM波Wspwm（已调制波），用已调制波的高低逻辑电平经分配与放大后去驱动逆变器的主开关元件，即可使逆变器输出与已调制波Wspwm相似的SPWM电压波形，SPWM输入输出原理框图如下页所示：

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在控制电路中，一个频率为fr幅值为Ur的参考正弦波Wsin（调制信号）加载于频率为ft幅值为Ut的三角波WΔ（载波）后，得到一个脉冲宽度变化的SPWM波Wspwm（已调制波），用已调制波的高低逻辑电平经分配与放大后去驱动逆变器的主开关元件，即可使逆变器输出与已调制波Wspwm相似的SPWM电压波形。

调制度M：为正弦调制波参考信号幅值Urm与三角载波幅值Ucm之比。 载波比N：为三角载波频率fc与正弦调制波参考信号频率fr之比。 从调制脉冲的极性上：

单极性脉宽调制：如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内；

双极性脉宽调制：如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也是在正负之间变化。

从载频信号和参考信号的频率关系：

异步调制：载波信号和调制信号不同步的调制方式；

同步调制： N 等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步；

分段同步调制：把 fr 范围划分成若干个频段，每个频段内保持N恒定，不同频段N不同。

3.3.1同步调制与异步调制

同步调制方式：基本同步调制方式，fr 变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定；三相电路中公用一个三角波载波，且取 N 为3的整数倍，使三相输出对称；为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数；fr 很低时，fc 也很低，由调制带来的谐波不易滤除；fr 很高时，fc 会过高，使开关器件难以承受。

异步调制方式：整个输出频率范围内载波比N不为常数，一般是保持载波频率始终不变，这样可使低频时载波比增大，输出半周期内脉冲数增加，解决了较低次数的高次谐波问题；不能在整个输出频率范围内满足N为3的倍数的要求，会使输出电压波形相位随时变化，难以保证正、负半波以及三相之间的对称性，会引起偶次谐波等其他问题。 通常保持 fc 固定不变，当 fr 变化时，载波比 N 是变化的；在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称；当fr较低时，N 较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较

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