变频器对异步电机进行控制，是指根据电动机的特性参数及运转要求，对电机提供电压、电流、频率控制以达到负载正常工作的要求。不同的变频器，即使主电路、逆变元件相同，单片机的位数也一样，选择不同的控制方式，其控制效果是不一样的。 变频器对电动机的控制方式大体可分为压频控制(U/f 控制)、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制、直接速度控制、非线性控制、自适应控制、滑模变结构控制、智能控制等。目前，前5种已获得成功应用，形成商品化产品。

1 、U/f控制

(1)控制原理

根据异步电动机同步转速的计算公式(3-1)可知，对异步电动机来说，只要改变其供电电源的频率，即可以改变电动机的转速，达到调速的目的。但是，对于一个实际的交流调速系统来说，事情远不是那么简单。这是因为当电源频率改变时，电动机的内部阻抗也将随之改变，从而引起励磁电流的变化，使电动机出现励磁不足或励磁过强的情况。在励磁不足的情况下电动机将难以给出足够的转矩，而励磁过强时电动机又将出现磁饱和，造成电动机功率因数和效率的下降。因此，为了得到理想的转矩速度特性，在改变电源频率进行调速的同时，必须采取必要的措施来保证电动机的气隙磁通处于高效状态(即保持磁通不变)。这就是U/f控制的出发点。

电动机定子绕组的感应电动E1与主磁通中φm成正比，为了使主磁通φm在整个调速过程中保持不变，只需在改变电源频率fi的同时改变感应电动势E1，使其满足

即可。

但是，在电动机的实际调速过程中，由于E1为电动机的感应电动势，无法直接进行检测和控制，考虑到电动机正常运行时电压和电动势近似相等，只要控制电源电压和频率，使得

即可使式(3-7) 近似得到满足。

基于式(3-8)的变频器被称为U/f控制变频器。而与此相对应，基于式(3-7)的变频器则被称为E/f控制变频器。很明显，E/f控制变频器的特性要优于U/f控制变频器.

初期的通用型变频器基本上采用的是U/f控制方式，但是，由于在实际的电路中存在着定子绕组的压降，尤其是当电动机进行低速运转时，定子压降所占比重增大，已不能忽略，这时已不能认为定子电压和感应电动势近似相等，也就是说按U/f比值一定的控制已不能保持电动机磁通恒定。电动机磁通的减小，势必造成电动机电磁转矩减小。

除了定子漏阻抗的影响外，变频器桥臂上下开关元件的互锁时间是影响电动机低速性能的重要原因。对电压型变频器，考虑到电力半导体器件的导通和关断需要一定时间，为了防止桥臂上下元件在导通/关断切换时直通，造成短路而损坏，在控制导通时设置一段开关导通延迟时间，在该时间内，桥臂上下电力半导体器件均处于关断状态，因此又称该延迟时间为互锁时间。互锁时间的长短与电力半导体器件的种类有关。对于大功率晶体管GTR,互锁时间约为。由于互锁时间的存在，变频器的输出电压将比控制电压降低。互锁时间造成的电压降还会引起转矩脉动，在一定条件下将会引起转速、电流的振荡，严重时变频器不能运行。

为了改善U/f变烦器在低频时的转矩特性，可以采用补偿端电压的方法，即在低速时适当提升电压，以补偿定子绕组压降和开关互锁时间的影响。实际应用中，各个厂家都在自己的产品中采取了不同的补偿措施，以保证当电动机在低速区域运行时，仍然能够得到较大的输出转矩。这种补偿也称为变频器的转矩增强功能或转矩提升功能。

变频器的转矩增强功能，可以分为起始转矩增强功能和全范围转矩自动增强功能。所谓起始转矩增强功能，指的是在变颊器的低频输出区域，按照某-规则在变频器的输出电压上加上一定的补偿，从而达到提高输出转矩的目的。而在具有全范围转矩自动增强功能的变频器中，电压补偿是在电动机的整个运行范围中进行的。

在具有全范围转矩自动增强功能的变频器中，检测电路对电动机的电流和电压进行实时检测，而CPU则按照E/f一定的要求进行计算后求出所需的压降补偿。这种控制方式更接近于真正的E/f控制，并且在性能方面优于只采用了简单的起始转矩增强补偿的变频器。

由于E/f控制和U/f控制在原理上并无不同，这两种控制方式通常统称为U/f控制。

图3-20给出了采用E/f控制和U/f控制的电动机转矩-速度特性和定子电流速度特性比较。从图中可以看出，在低速区域，采用E/f控制的电动机可以给出较大的转矩。

U/f控制变频器虽然结构比较简单。但是，由于这种变频器采用的是开环控制方式，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，所以采用这种控制方式的变频器--般是对控制性能要求不太高的通用变频器。

(2)变压变频装置

对于异步电动机的变压变频调速，要求交流电源的电压和频率同时改变。现有的交流电源是恒压恒频(CVCF) 的，因此必须配备变压变频装置(通称VVVF装置)。VVVF是英文Variable Voltage Variable Frequency (变压变频)的缩写。从结构上看，变压变频装置可分为间接变压变频和直接变压变频两类。

①间接变压变频装置(交直-交变压变频装置)间接变压变频装置先将工频交流电通过整流器变成直流电，再经过逆变器将直流电变换成可控频率的交流电，因此又称为有中间直流环节的变压变频装置或交-直-交变压变频装置。图3-21给出了其主要构成环节。按照不同的控制方式，交-直-交变压变频装置又可分为图3-22中的(a)、 (b)两种。

a用可控整流器调压、逆变器调频的交-直-交变压变频装置[图3-22(a)]。在这种装置中，

调压和调频在两个不同环节上分别进行，两者要在控制电路上协调配合。其特点是结构简单，控制方便。早期的可控整流器缺点是输出谐波大，装置复杂，已被淘汰，现用开关式功率晶体管整流器代替。整流电压的调节也是用PWM方式，故这种变颊器又称为双PWM控制变频器。

b.用不可控幕流器整流、PWM逆变器进行调压调频的交-直-交变压变频装置「图3-22(b)]。在这类装置中，用不可控整流，则输入功率因数不变；用PWM逆变，则输出谐波可以减小。这样，图3-22(a)装置的两个缺点都消除了。PWM逆变器需要全控式电力电子器件，其输出谐波减小的程度取决于PWM的开关频率，而开关频率则受器件开关时间的限制。采用P-MOSFET或IGBT时开关频率可达10kHz以上，输出波形已经非常逼近正弦波，因而又称之为正弦脉宽调制(sinusoidalPWM,简称SPWM)逆变器，是当前最有发展前途的一种装置形式。

②直接变压变频装置(交-交变压变频装置)直接变压变频装置的结构如图3-23所示。它只用一个变换环节，就可以把CVCF交流电源变换成VVVF电源，因此，称之为直接变压变频装置或交-交变压变频装置。有时为了表现其功能，又称其为周波变换器( cyclocon-verter)。

。常用的交-交变压变频装置输出的每一相都是一个两组晶闸管整流装置反并联的可逆线路，如图3-24(a)所示。正、反向两组按一定周期相互切换，在负载上就获得交变的输出电压的幅值决定于各组整流装置的控制角a，频率决定于两组整流装置的切换频率。如果控制角a一直不变，则输出平均电压是方波，如图3-24(b)所示。