如何通过变频驱动器（VFD）或交流逆变器来控制电机的速度？

随着强大的半导体控制器的出现，特别是变频驱动器（VFD），这一种以围绕交流电机发展起来的新工业驱动器，使得许多以前需要具有脉冲宽度调制的直流电机以获得更高的精度的应用，转而使用功率效率更高的三相交流感应电机。这些技术可以在整个行业节省大量的能源，尤其是与作为工业物联网（IIoT）一部分的无线传感和控制链路结合时，在整个工厂范围内节省大量的成本，同时提高生产率。

变频驱动器（VFD）或交流逆变器 ：通过斩波一部分正弦波来改变电机的速度，以改变当前的频率，它实际上是一个开关，在没有电流流过设备之前，它会打开但不会关闭。通过下边频率正弦波可以看出，当波等于过零线时，在60HZ频率线上，电流在标准的60HZ周期内每秒关闭120次，从这个零点线打开开关，毫秒正弦波将被改变。

通过改变正弦波波形，进而改变感应电机的转速，这些设备相对便宜，同时可以以同样的方式重复改变速度。简单的测量技术与这种类型的控制结合使用，使其控制足够有效，成本得到有效的降低。这种控制的缺点需要把正弦波一分为二，实质上就是不断开合电机，这样会在绕组上产生大量的热量，有损坏电机的风险。较便宜的控制器型号会嗡嗡作响，由于质量原因，可以听到正弦波被切碎的噪音。

脉冲宽度调制（PWM）：这是一个通用的交流逆变器，它将复杂的电路设计集成到电子编程模块中来改变正弦波，它是目前最受欢迎的VFD，自从电子元件和电路的价格降低以来，它一直以比较经济的价格出现在市场上。使用这种控制的一个规定是电机必须是三相的，或者PWM的输入是单相或三相。通过将交流电源转换为直流电，然后再将其转换回交流电，输出接近正弦波的电流波形，允许对任何交流感应电机进行变速控制。下面表示频率正弦波以及它受到一个脉宽调制的影响，逻辑电路和软件控制开关，以提供电压和频率的这种变化。

PWM逆变器的缺点是存在感应电压尖峰的潜在危险，这可能会对电机造成严重损坏。当逆变器快速切换时，会导致电压超调，当它连接到电机时，会导致电压尖峰，比电机绕组的额定值高出三倍。控制器和电机之间的线路会加重电压尖峰，因此短线路很重要，电压尖峰也会导致转子中产生高电压，从而导致轴承磨损，轴承寿命短。

这些高电压并不是唯一有害的东西，伴随着这些尖峰的是一种被称为电晕的现象。电晕会导致空气分子击穿电机绕组中相邻导体，电晕和电压尖峰所造成的损害会在电机的绝缘层上戳出一个洞。现在有逆变器额定电机，需要提供额外的绝缘和电晕处理，以防止这一点。

六步电流源逆变器：六步逆变器是一个先进的电机控制装置，用于通过改变频率正弦波的形状来控制电机转速，它主要用于大功率电机，通过脉冲代替宽度调节，其命名由它产生的波形的形状得来，正常的线电压被整流并输入到逆变器中，会产生一个看起来像六步的交流方波电压，其基本形状为正常正弦波。这可以在高度上进行调整，并由电机作为频率（速度）的变化来读取。缺点是类似于PWM加上价格昂贵的，尤其应用于分数马力电机，六步逆变器会在电机中引起转矩脉冲，从而导致振动加剧。

矢量控制：交流电机在速度和转矩呈线性关系时，可以像直流电机一样工作，这可以通过允许独立控制磁场磁通和转子电流来实现的。电机控制必须调节定子电流的瞬时大小和相位，这可以解释为扭矩或滑动频率。由于它非常昂贵，因此必须知道电机的确切速度，并将其编程到控制器中，以使其正常工作。

开关磁阻：这种电机控制方法非常复杂，使电机同时具备直流和交流电机的品质。在这种控制方式下，电机的转子位置是最重要的因素。在异步电机中，转子的位置一直是一个很难廉价测量的问题，直到最近这种控制器才得以使用。通过测量每个绕组中的电流和电压来调节速度，由此可以通过复杂的软件估计电感（加上速度和转矩）。这种类型的控制器似乎是最有希望将来的应用，因为许多工作正在做，以完善它。这无疑会使开关磁阻电机成为一种非常流行的速度控制方法，交流电机更像直流电机。我们大多数人都知道这是极限，在直流电机中转矩和转速是相互制约的。目前已知的缺点都与费用有关，这项技术正在便的很受欢迎，最新突破是在不使用传感器的情况下确定转子的位置，大大降低了成本，使其更加可靠。

结论

电机系统占当今工业用电量的65%以上，通过安装或升级到VFD来优化电机控制系统，可以将设备的能耗降低70%，VFD装置的投资回报一般只有6个月。此外，VFD的使用提高了产品质量，降低了生产成本，从而赚取更高的收入。VFD对电机的频率和电压进行了优化控制，为电机提供更好的保护，使其免受电热过载、相位保护、欠压、过电压等问题的影响。避免电机或驱动负载受到横贯线启动的“瞬间冲击”，电机可以平稳启动，从而消除皮带、齿轮和轴承的磨损。