变频调速原理及在家电中的应用 哈尔滨工业大学深圳研究生院 白清利 变频调速技术的发展回顾 随着电力电子技术、微电子技术及控制理论的发展，变频调速技术已被广泛的应用到电机控制领域。功率器件的更新换代促使了电力变换技术的不断发展。从 20 世纪 60 年代后期开始，电力电子器件经历了从 SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)到今天的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)的转变过程。与此同时，变频调速控制技术也发生了由 VVVF 变频、矢量控制变频到直接转矩控制变频的转变过程。 20 世纪 70 年代，脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速的研究引起了人们的高度重视。20 世纪 80 年代，作为变频技术核心的PWM 模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波 PWM 模式效果最佳。欧、美、日等发达国家的VVVF 变频器已投入市场并广泛应用。VVVF 变频器的控制相对简单，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。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较小，受定子电阻压降的影响比较显著，故造成输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，因此，人们又研究出矢量控制变频调速。 矢量控制变频调速的实现方法为：将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流 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 Ia1、Ib1，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。其中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。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。 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方法的不足，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...
