额定功率至250kW（通风排气用的可达315kW）的Movidrive B系列变频器，能够以很高的精度对三相异步电动机进行动态调节

到20世纪70年代时，需要维护的直流电动机一直在无级调节技术领域中占据统治地位。随着变频器的出现，三相交流电动机，尤其是无需维护保养的三相交流异步电动机，逐渐登上了无级调节的历史舞台。

从20世纪70年代后期开始，三相交流电动机的调节技术有了长足的发展，也出现了大量新概念。例如在SEW欧洲驱动技术公司里，就出现了所谓的CFC（电流-磁通量调节控制），U/f（电压/频率调节控制），VFC（电压-磁通量调节控制）和伺服调节等新概念。为了清楚地说明种种技术之间错综复杂的关系和缩写词的含义，本文几乎没有以这些调节技术的数学特性为基础予以说明，而是将它们统称为SEW变频器。它们的功率范围和应用范围满足了简单的标准要求，直至最高的特殊技术要求。

图1  在中小动态性能要求的场合中，U/f无级调节控制已经成为标准的无级调节控制方式。通过电压和频率的成比例分配保持着机械能恒定，保证了最大的输出扭矩

直到20世纪70年代，直流电动机实际上实现了工业应用中转速无级调节和扭矩无级调节的一统天下。从调节技术的角度来看，在机械转换无能为力时它是一种理想的驱动方式；而传统的直流电动机是一种会磨损的产品，它不仅给企业带来了机械性磨损件更换的负担，而且也带来了较高的维护保养费用。而真正的坚固耐用、免维护还是三相异步电动机（ASM），但其转速调节、扭矩调节却不是一件简单的事情。首先，三相交流调节技术和功率控制技术还都很“年轻”：那时还没有数字信号处理器，没有场效应晶体管以及绝缘栅双极型晶体管。今天，在驱动技术领域中受控制的、可调节的三相电动机驱动装置已经是不可或缺的了。而且，在电气驱动技术领域中有着越来越大的增长趋势。

利用变频器对电压和频率进行调节

简单的应用场合，例如泵、鼓风机或者简单输送设备的驱动，构成了变频器电压/频率控制调节的主要应用领域，这是中等动态性能条件下三相交流电动机驱动系统的传统驱动方法。其核心是：电压和频率的线性分配。机械设备中，电流保持恒定，能够得到最大的传输扭矩（图1）。由于额定功率产生的最大扭矩与每公斤的机械重量有关，因此它所使用的原材料如钢、铜、绝缘材料，都要求按照最高效的方式设计使用。

图2  有着120相位角（a、b和c）的三相交流电系统可以简单地用两相、正交、有着α和β坐标的等效电路图来表示

从电动机的角度来看，可控制的变频器是一个“可调节电网电压和电网频率的插座”。因此，一台变频器可以同时驱动几个小型电动机。由于这种调节原理和操作方法都非常简单，因此带有U/f（电压/频率调节）的变频器调节技术在很短的时间内就得到了广泛的应用，并且也成为一种标准的无级调节技术（无需速度反馈）。SEW公司的Movitrac LTEB变频器采用的也是这种U/f控制技术；Movitrac B和Movidrive B适合在电气控制柜中安装使用；Movimot，Movifit FC和Movipro SDC适合于在分散式驱动系统中应用。

保证最佳工况的场定向

仅简单的转速分配无法满足所有驱动技术任务的要求，因为还有许多是高动态性能要求或者大扭矩输出的应用场合；在这种情况下就要考虑使用场定向的调节技术了。这一在1960年年底发明的技术是建立在“气隙中的磁场和转子的几何形状尺寸决定异步电动机的工作状态”这一理论之上的。异步电动机的力矩与电流强度成比例，即与磁场流成比例。由于磁场存储能量的任何一点改变都需要一定的时间，若能够通过（基本转速范围内的）磁化电流保持磁流与转速无关的恒定不变、只改变形成扭矩的电流时，就会以最快的速度实现扭矩控制。磁流常量要求励磁电流恒定不变。为了得到最大的扭矩，扭矩与磁流之间的角度应为90，这同样也适用于直流电动机。

由于复杂公式的计算、表述不是每个人都能理解的，因此可用简单的、相位120的三相绕组（a、b、c）来表示三相交流电转换为两相、正交、有着α和β坐标的等效电路（图2）。

图3  原则上，场调节是非常简单的：在考虑到机械转角δ的情况下，将旋转的定子量（α，β）转换为固定的场量（d，q），就可以像直流电动机一样简单地进行无级调节了

这样就可以把电机中形成的电流矢量Is分解为Iα和Iβ两个分量。当在旋转磁场中把它换算到磁场坐标中时，可得到Id和Iq两个分量；即换算到D（轴）和Q（轴）的两个分量。它们是在旋转坐标系中的分量，类似于在转盘中随着转盘一起旋转一样。

这样就可以看出：Id的流向与直流电动机的励磁电流方向相同；Iq（水平方向的）与产生扭矩的电枢电流相同。这就可以保证Id恒定不变，可以按照希望的扭矩改变Iq，使人们能够像它激式的直流电动机那样来无级调节异步交流电动机了。现在，人们所需的就是知道电动机中磁场的位置了，也就是要知道机械转角δ。知道这一角度后，就可以从定子电流矢量Iα和Iβ两个分量中计算出Id和Iq了，也就可以直接用接线端子的规格来影响磁场了：即对定子电流施加影响。在考虑到机械转角δ的情况下，将旋转的定子量（α，β）转换为固定的场量（d，q），就可以像直流电动机一样简单地进行无级调节了（图3）。

磁通量调节控制方式

电动机内部的场坐标系没法直接控制。这一方向上的技术解决方案，例如安装附加的检测绕组即费事又不经济；同时，它也破坏了三相异步电动机最大的优点：结构简单、坚固耐用。因此，在场定向的无级调节技术中，首先要强制性地使用转速编码器。

图4  Movitrac B系列变频器以模块化和体积小而著称

但由于转速编码器的采购价格、维护保养费用和EMV（电磁兼容性）都令人不满意，所以促使人们另辟它途寻找简单的解决方案，并已研发出大量的、利用模型计算的方法来代替机械转角的测量。尽管由于检测原理的问题，在低速或者静止状态时无传感器的转速检测得到的结果往往不好，但随着工艺技术的改进，这种无传感器的转速检测方法在大多数工业应用中都成为可能。

SEW公司研发的VFC（电压-磁通量调节控制）方法是一种适合于在高转速稳定性工况要求下实现高动态性能和高精度转速调节的交流电动机控制调节技术。它可以与Movitrac B系列变频器（图4）配套使用，能够在输送技术应用中短时间地超负荷运行，实现快速的转速调节。

利用旋转编码器的驱动系统

原则上可以说：在所有的调节技术中利用旋转编码器进行调节是最精确的驱动调节技术。尤其是在对转速稳定性、动态性能和峰值扭矩有着很高要求的伺服驱动时，例如在包装-充填设备、绕线机（图5）和机械手上下料过程中，必须要使用旋转编码器。在SEW公司Movidrive B系列中的CFC（电流-磁通量调节控制）或者Servo（电流流量异步电动机调速控制）方法，Moviaxis和Movipro SDC等控制技术都提高了异步电动机的调节性能。

图5  绕线机和其他高要求的应用，需要像Movidrive B系列变频器这样矢量控制的驱动系统

在SEW公司的驱动技术产品中，集成了各种不同的调节控制方法。U/f和VFC两种方法无需编码器提供定子位置的信息；而VFC-n，CFC和Servo等控制方法则相反，没有旋转编码器就无法工作，但却能够提供更高的调节精度和定位可能性。这些调节控制方法都可以与Movidrive B系列变频器配套使用。在电气驱动系统的项目中，满足用户提出的调节控制精度要求是具有决定性意义的。

利用正确的调节控制技术实现费用优化

若用户提出的要求非常清楚、非常专业，可以用种种不同的零部件（变速器、电动机、编码器、变频器、控制器）组成一个符合特殊要求的驱动系统，满足用户的特殊要求。这里的关键是：选择正确的零部件以便经济地满足特殊的调节控制要求。若一开始对这些要求估计得太低或者太高，都会带来不必要的费用支出。对此，SEW公司愿意在用户进行最佳选择时提供一切服务。