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SIEMENS西門子變頻器工作原理

我們知道，交流電動機的同步轉速表達式位： 
n ＝ 60 f（1 － s）/p （1） 
式中 n——— 異步電動機的轉速； 
f——— 異步電動機的頻率； 
s——— 電動機轉差率； 
p——— 電動機極對數。 
由式 （1） 可知，轉速 n 與頻率 f 成正比，只要改變頻率 f 即可改變電動機的轉速，當頻率 f 在 0 ～ 50Hz 的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。西門子變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。 
西門子變頻器控制方式 
低壓通用變頻輸出電壓為 380 ～ 650V ，輸出功率為 0.75 ～ 400kW ，工作頻率為 0 ～ 400Hz ，它的主電路都采用交 — 直 — 交電路。其控制方式經歷了以下四代。 
2.1U/f=C 的正弦脈寬調制（ SPWM ）控制方式 
其特點是控制電路結構簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速要求，已在產業的各個領域得到廣泛應用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態轉矩能力和靜態調速性能都還不盡如人意，且系統性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變化，轉矩響應慢、電機轉矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區效應的存在而性能下降，穩定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調速。 
2.2 電壓空間矢量（ SVPWM ）控制方式 
它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的，一次生成三相調制波形，以內切多邊形逼近圓的方式進行控制的。經實踐使用后又有所改進，即引入頻率補償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環，以提高動態的精度和穩定度。但控制電路環節較多，且沒有引入轉矩的調節，所以系統性能沒有得到根本改善。 
2.3 矢量控制（ VC ）方式 
矢量控制變頻調速的做法是將異步電動機在三相坐標系下的定子電流 Ia 、 Ib 、 Ic 、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流 Ia1Ib1 ，再通過按轉子磁場定向旋轉變換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流 Im1 、 It1 （ Im1 相當于直流電動機的勵磁電流； It1 相當于與轉矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經過相應的坐標反變換，實現對異步電動機的控制。其實質是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉矩和磁場兩個分量，經坐標變換，實現正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應用中，由于轉子磁鏈難以準確觀測，系統特性受電動機參數的影響較大，且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉變換較復雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結果。

轉矩提升：此功能增加西門子變頻器的輸出電壓，以使電機的輸出轉矩和電壓的平方成正比的關系增加，從而改善電機的輸出轉矩。改善電機低速輸出轉矩不足的技術,使用"矢量控制"，可以使電機在低速,如（無速度傳感器時）1Hz（對4極電機，其轉速大約為30r/min）時的輸出轉矩可以達到電機在50Hz供電輸出的轉矩（最大約為額定轉矩的150％）。對于常規的V/F控制，電機的電壓降隨著電機速度的降低而相對增加，這就導致由于勵磁不足，而使電機不能獲得足夠的旋轉力。為了補償這個不足，西門子變頻器中需要通過提高電壓，來補償電機速度降低而引起的電壓降。西門子變頻器的這個功能叫做"轉矩提升"（*1）。轉矩提升功能是提高西門子變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓，電機轉矩并不能和其電流相對應的提高。 因為電機電流包含電機產生的轉矩分量和其它分量（如勵磁分量）。"矢量控制"把電機的電流值進行分配，從而確定產生轉矩的電機電流分量和其它電流分量（如勵磁分量）的數值。"矢量控制"可以通過對電機端的電壓降的響應，進行優化補償，在不增加電流的情況下，允許電機產出大的轉矩。此功能對改善電機低速時溫升也有效。