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我们都知道变频器是电气工作中应该掌握的技术，用变频器控制电机是电气控制中常用的方法；有些还需要熟练程度。
今天我们就以自己有限的知识来总结和整理相关知识。内容可能有重复，但目的是与大家分享变频器与电机之间的奇妙关系。
首先，为什么要用变频器来控制电机？
我们先来简单了解一下这两种设备。
电机是一种感性负载，会阻碍电流的变化。启动时，会产生较大的电流变化。
变频器是利用功率半导体器件的通断动作将电源频率变换成另一种电能频率以达到控制目的的装置。主要由主电路（整流模块、电解电容和逆变模块）和控制电路（开关电源板和控制电路板）两部分组成。
为了降低电动机的启动电流，特别是对于功率较大的电动机，随着功率的增大，启动电流也随之增大。过大的启动电流会给配电网络带来较大的负担。然而，变频器可以通过允许平滑启动而不会引起过大的启动电流来解决这个问题。
使用变频器的另一个功能是电机的速度调节。在许多情况下，控制电机速度对于实现更好的生产效率是必要的。变频器一直以其通过改变源频率来调节速度的能力而闻名。
变频器的控制方式有哪些？
用变频器控制电机最常用的五种方式如下：
低压通用变频器输出电压380-650V，输出功率0.75-400kW，工作频率0-400Hz，主电路采用AC-DC-AC电路。其控制方式已经历了四代。
U/f=C 的正弦脉宽调制 (SPWM) 控制方法
其特点是控制电路结构简单、成本低、机械硬度好，能满足一般传动平稳调速的要求。它已被广泛应用于各个行业。
但在低频时，由于输出电压较低，且扭矩对定子电阻下降的影响较大，导致最大输出扭矩减小。
另外，它的机械特性毕竟不如直流电机那么硬。
动态扭矩能力和静态调速性能尚不理想。系统性能也不高；控制曲线会随着负载的变化而变化；扭矩响应慢；电机扭矩利用率不高；由于定子电阻和逆变器死区效应的存在，低速时性能下降，稳定性变差等。为此，人们研究了矢量控制变频调速。
空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制方法
它基于三相波形的整体产生效果，旨在逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹。它生成三相调制波形，并通过使用内接多边形逼近圆来控制它。
经过实际使用，进行了改进，引入频率补偿，消除速度控制误差；通过反馈估计磁通幅值，消除低速时定子电阻的影响；以及输出电压和电流的闭环，以提高动态精度和稳定性。
但控制电路环节较多，扭矩调节尚未引入，因此系统性能并未得到根本性提升。
矢量控制（VC）方法
矢量控制中变频调速的方法是通过三相转两相变换，将异步电机的定子电流Ia、Ib、Ic转换为静止坐标系下的两相交流电流Ia1Ib1。然后通过转子磁场定向旋转变换将它们变换为同步旋转坐标系下的直流电流Im1和It1（其中Im1对应于直流电机中的励磁电流；It1对应于与扭矩成比例的电枢电流）。直流电机的控制量是通过模仿其控制方法得到的。进行相应的坐标逆变换后，即可实现异步电机控制。
本质上，交流电机与直流电机等效，速度和磁场分量分别采用独立控制。首先控制转子磁通，然后将定子电流分解为扭矩和磁场分量，然后通过坐标变换进行正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有革命性，但在实践中存在困难，因为难以准确观测转子磁链，极大地影响系统特性，并且等效直流电机控制中使用的复杂矢量旋转变换使得实际结果很难达到理想的分析结果。
具体方法是：
通过引入定子磁通观测器来控制定子磁通，实现无传感器控制；
自动识别（ID）依靠电机精确的数学模型自动识别电机参数；
根据定子阻抗、互感、磁饱和系数、惯量等实际值，实时计算实际扭矩、定子磁通、转子转速；
根据磁通量和转矩产生PWM信号来控制逆变器的开关状态，实现Band-Band控制。
矩阵式交流变频器具有快速转矩响应（<2ms），速度精度高（±2%，无PG反馈），扭矩精度高（<+3%）；同时还具有较高的启动扭矩和较高的扭矩精度，特别是在低速（包括0速）时，可输出额定扭矩的150%~200%。
变频器是如何控制电机的？它们是如何连接在一起的？
控制电机的变频器接线相对简单，与接触器接线类似。连接三根主电源线，然后输出到电机。然而，控制变频器的方法有多种。
首先我们看一下变频器的端子连接。虽然变频器的品牌很多，接线方式也不同，但大多数的端子连接都是相似的。它们通常包括正向和反向旋转的开关输入，用于控制电机的启动和反转；反馈端子，用于反馈运行频率、速度、故障状态等运行状态；速度设置控件可以根据不同类型的转换器使用电位器或按钮进行调整。
控制可以通过物理布线或通信网络来实现。现在很多变频器都支持通讯控制，可以通过通讯线传输电机的启动/停止、正转/反转、速度调节和反馈信息。
当电机的转速（频率）发生变化时，其输出扭矩会发生什么变化？
变频器驱动时的启动转矩和最大转矩应小于市电直接驱动时的启动转矩和最大转矩。
当电机采用市电供电时，启动和加速冲击较大。然而，当由变频器供电时，这些影响会减弱。工频直接启动会产生很大的启动电流。使用变频器时，变频器的输出电压和频率逐渐加到电机上，因此启动电流和对电机的影响较小。
通常，随着频率降低（速度降低），电机产生的扭矩也会降低。这种下降的实际数据可以在一些变频器手册中找到。
通过采用磁通控制逆变器的矢量控制方法，可以改善电机低速扭矩不足的情况，使得即使在低速时也能输出足够的扭矩。
当使用变频驱动器（VFD）调整到大于50Hz的频率时，电机的输出扭矩将会减小。
常规电机按50Hz电压标准设计制造；它们的额定扭矩也在该电压范围内给出。因此，低于额定频率的调速称为恒转矩调速（T=Te,P<=Pe）。
当 VFD 输出频率超过 50Hz 时，电机产生的扭矩之间的线性关系会随着频率的增加而按比例减小。
当运行速度高于50Hz时，必须考虑防止电动机因负载大小而出现输出扭矩不足的情况。
例如，与以 50 Hz 运行时产生的扭矩相比，以 100 Hz 运行的电动机产生的扭矩将减少大约一半。
因此，额定频率以上的调速称为恒功率调速（P=Ue*Ie）。
50Hz以上变频器的应用
我们知道，对于特定的电机，其额定电压和电流是恒定的。
如果变频器和电机的额定值为15kW/380V/30A，则电机可以在50Hz以上的频率下运行。
当转速为50Hz时，变频器输出电压为380V，电流为30A。如果我们将输出频率提高到60Hz，那么变频器的最大输出电压和电流仍然只有380V/30A。显然，由于输出功率保持不变，因此称为恒功率调速。
在这种情况下扭矩怎么样？
因为P=wT（P：功率；w：角速度；T：扭矩），如果P不变但w增加，则T将相应减小。
我们还可以从另一个角度来看：
电机的定子电压U=E+I*R（I：电流；R：电阻；E：感应电动势），
可见，当U和I不变时，E也不变。
且E=kFX（k：常数；f：频率；X：磁通量）。因此当 f 从 50 变化时——>60Hz，X相应减小。
对于电机来说，T=K我X(K：常数；I：电流；X：磁通量)。因此，随着磁通量X减小，T也会相应减小。
At less than or equal to 50 Hz,I*R is small so when U/f=E/f does not change,magnetic flux(X)is constant.Torque(T)and electric current(I)are proportional.This explains why overload(torque)capacity of a variable-frequency drive(VFD)is usually described by its overcurrent capacity,and referred to as "constant-torque"speed regulation(rated current remains unchanged-->最大扭矩保持不变）。
结论： 当变频器的输出频率从50Hz以上增加时，电机的输出转矩会下降。
与输出扭矩相关的其他因素
加热和冷却能力决定了变频器的输出电流能力，从而影响变频器的输出转矩能力。
载波频率：一般变频器所标明的额定电流是以最高载波频率和最高环境温度下能够连续输出的值。降低载波频率不会影响电机电流。然而，元件发热将会减少。
环境温度：就像检测到环境温度较低时，无需增大变频器的保护电流值。
高度： 海拔升高会影响散热和绝缘性能。一般在1000m以下可以忽略不计，在此水平之上每1000米电容减少5%就足够了。
如何调节变频驱动器控制的电机频率？
在上面的总结中，我们了解了为什么需要使用变频驱动器来控制电机以及它是如何工作的。变频驱动对电机的控制可概括为两点：一是通过变频驱动控制电机的启动电压和频率，实现平滑启动和停止；二是通过变频驱动控制电机的启动电压和频率，实现平滑启动和停止。其次，通过使用变频驱动器改变电机的频率来调节电机的速度。
有网友提出了一个实际问题：用变频驱动控制普通电机时，最低可以调节的频率是多少？目前已经调整到60Hz，领导让我继续增加Hz数。计划将其调整为100Hz。有人把频率调到100Hz吗？ （类似情况，需要考虑哪些因素？）
我们来看看网友们是如何回应的：
网友lpl53：工业洗衣机我们已经达到200HZ了，但是电流不高。
网友26584：磨床的电机一般在100-110之间……
网友82252031：如果功率足够，电机电流没有过大，就可以工作。但应注意测量电机轴承的温度、异常噪声和振动。一台变频驱动电机可在70-80Hz长时间运行；六极电机很容易尝试，而两极电机则需要小心。
网友fsjnzhouyan：这个要看电机用的硅钢片的质量。在之前的使用案例中，通常直到 85Hz 左右才出现问题；但很多电机调至90Hz左右后，由于磁饱和而无法达到额定转速。
网友ZCMY：你的电机轴承最好换成高速轴承。还要测试振动并确保它们适合风扇或水泵等负载。
网友mengx9806：我曾经用东源电机A1000系列变频调到1210HZ，连续运行两年没有出现任何问题，没有出现大问题，但出了问题可能会出现小问题。
网友68957：我试过调到180，但只跑了很短的时间。
网友1531214350：我以前修过洗衣机，电机是普通的。脱水时运行频率为150HZ。
亚德亚：如果普通电机的频率比其额定频率高20%，那么转速差就会增大；随着频率的增加，速度差也随之增加。
网友kdrjl：看来大家对交流异步电机的基本结构和使用了解还是太少了。调节感应电机的最高速度限制不在于变频驱动器。一般来说，常规变频器在V/F模式下运行频率不低于400Hz（例如西门子变频器运行频率为600Hz）。对于矢量控制，最大工作频率限制为200-300Hz，而伺服控制则有更高的限制。因此，如果您想使用变频驱动器将感应电机的速度调节至 100Hz，则在这方面不存在任何技术障碍或疑虑。
感应电机转子的机械结构（例如笼式结构）决定了其机械强度，而机械强度与其设计的最高转速有关；它旋转得越快，离心力就越大。因此，它一般满足基于其最大转速的设计规范，并且其机械强度不可能无限大。转子轴承也有最大旋转限制。因此，当运行超出这些值时，您需要了解这些限制是什么，并在必要时更换为高速轴承。
最后，转子的动平衡调试和设置不应超过制造商指定的参数。
综上所述，当通过超过 100 Hz 的变频驱动应用来调节感应电机的速度时，首先需要咨询制造商是否可以这样做或要求定制电机，以确保高速条件下的可靠性。如果您决定不经过厂家，必须先确定转子的动平衡试验，然后确认轴承的最高转速。
如果超过该值，则需要更换能够满足现场要求的高速轴承。您还需要考虑散热问题。
最后，根据经验，功率在100kW以下的感应电机应该比较适合在100Hz以内的频率运行；但超过100kW的最好定制，而不是选择传统的通用产品。
网友lvpretend：主要看电机本身。如果本来就是大功率的二极电机，就要小心了。工业洗衣机是经常超速运行的例子，但它们的额定速度普遍较低——大多是六极电机。我见过四极电机达到120Hz。
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