2024年6月2日发(作者：毕元恺)
第三章 变频器的基本控制模式
变频器的控制模式是指变频器在工作时，输出频率和输出电压之间的关系。控制模式不
同，变频器的控制精度和快速性也就不同。
电动机在工频运行时，因为频率和电压是固定的，电动机的参数是按固定的频率电压设
计的，当频率变化时，就要考虑电磁参数必须保持在某一确定的值。变频器常用的三种控制
模式为：基本Ｕ／ｆ控制、矢量控制和直接转矩控制。
一、基本Ｕ／ｆ控制
基本Ｕ／ｆ控制是根据电动机的电磁特性采取的控制模式，即输出频率变化时，输出电压
也成比例的变化，Ｕ／ｆ＝Ｃ（常数）。恒压频比控制是变频器控制的基础，其他控制也是建立
在该控制基础上的。
基本Ｕ／ｆ控制一般用于变频器的开环控制，如图３１所示。
图３１ 基本Ｕ／ｆ控制
（一）Ｕ／ｆ控制理论依据
给三相异步电动机的定子绕组加上电源电压Ｕ见图
１
后，绕组中便产生感应电动势Ｅ
１
（
３２），根据电动机理论，Ｅ
１
的表达式为
Ｅ４４４ＫＮｆ
Φ
ｍ１
＝
１１１
式中 Ｅ———定子绕组的感应电动势有效值；
１
Ｋ———定子绕组的绕组系数，Ｋ１，为常数；
１１
＜
Ｎ———定子每相绕组的匝数，为常数；
１
ｆ———定子绕组感应电动势的频率，即电源的频率；
１
——旋转磁场的主磁通，大小和定子空载电流成正
Φ
ｍ
—
比，为了保证电动机工作在磁通的最佳值，
Φ
ｍ
也为常数。
图３２ 感应电动势的产生
图３３所示是电动机的铁心磁饱和曲线，由图３３可见，在ａ点为特性线的最佳点，当
大于ａ点，进入饱和区，当电动机调频工作时，要保持ａ点不变。
当电动机工作时，Ｉ
１
增加，Ｉ
２
增加，产生的磁通大小相等，方向相反，相互抵消，即工
作时主磁通是不变的，仍然保持在空载电流的设定值（见图３４）。
·２２·
丹佛斯变频器控制技术
图３３ 电动机铁心磁饱和曲线
图３４ 主磁通不变
将上述常数带入公式，有ＥｆＣ，由于
Δ
Ｕ很小，当ＵＵ可忽略，有：
１
＝
１１
较高时，
Δ
ＵｆＣ
≈
Ｅ
１１
＝
１
上式可改写为
ＵｆＣ（常数）
１
／
１
＝
Ｕ
１
上升，ｆ
１
上升；Ｕ
１
下降，ｆ
１
下降。
即Ｕｆ常数，这就是变频器的基本Ｕ／ｆ控制模式。该控制线是任何控制模式都要遵
１
／
１
＝
守的。
Ｕ／ｆ控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调
速要求，已在各产业的各个领域得到广泛应用。这种控制方式在低频时，由于输出电压较
低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。其机械特性终究没有直流
电动机机械特性硬度好，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高，
控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢，电动机转矩利用率不高，低速时因定子电阻
和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差。
应用范围：可以满足大部分对调速响应动态性能要求不高的场合，如风机、水泵负载。
（二）基频以下变频调速
基频以下恒磁通变频调速
我国电网５０Ｈｚ交流电称为基频，在０～５０Ｈｚ范围调速时，称为基频以下调速。０～
５０Ｈｚ范围调速如图３５所示。
特点：
１）基频以下调速时转速变化转矩不变，具有
恒转矩特性。
２）随着转速的下降，电动机输出功率下降。
３）当转速较低时，具有节能作用。
４）起动转矩小。
当ｆ
１
较低时，Ｕ
１
亦较低，电阻Ｒ
１
上的电压
图３５ ０～５０Ｈｚ范围调速
Ｕ已不可忽略，它使定子电流下降，从而使
Φ
ｍ
减小，这将引起低速时的输出转矩减小
Δ
（见图３６）。转矩补偿：为补偿低速时转矩不足，在低频时提升定子电压Ｕ，补偿曲线如图
１
３７中曲线“２”。所有Ｕ／ｆ变频器都有低频转矩补偿功能。
2024年6月2日发(作者：毕元恺)
第三章 变频器的基本控制模式
变频器的控制模式是指变频器在工作时，输出频率和输出电压之间的关系。控制模式不
同，变频器的控制精度和快速性也就不同。
电动机在工频运行时，因为频率和电压是固定的，电动机的参数是按固定的频率电压设
计的，当频率变化时，就要考虑电磁参数必须保持在某一确定的值。变频器常用的三种控制
模式为：基本Ｕ／ｆ控制、矢量控制和直接转矩控制。
一、基本Ｕ／ｆ控制
基本Ｕ／ｆ控制是根据电动机的电磁特性采取的控制模式，即输出频率变化时，输出电压
也成比例的变化，Ｕ／ｆ＝Ｃ（常数）。恒压频比控制是变频器控制的基础，其他控制也是建立
在该控制基础上的。
基本Ｕ／ｆ控制一般用于变频器的开环控制，如图３１所示。
图３１ 基本Ｕ／ｆ控制
（一）Ｕ／ｆ控制理论依据
给三相异步电动机的定子绕组加上电源电压Ｕ见图
１
后，绕组中便产生感应电动势Ｅ
１
（
３２），根据电动机理论，Ｅ
１
的表达式为
Ｅ４４４ＫＮｆ
Φ
ｍ１
＝
１１１
式中 Ｅ———定子绕组的感应电动势有效值；
１
Ｋ———定子绕组的绕组系数，Ｋ１，为常数；
１１
＜
Ｎ———定子每相绕组的匝数，为常数；
１
ｆ———定子绕组感应电动势的频率，即电源的频率；
１
——旋转磁场的主磁通，大小和定子空载电流成正
Φ
ｍ
—
比，为了保证电动机工作在磁通的最佳值，
Φ
ｍ
也为常数。
图３２ 感应电动势的产生
图３３所示是电动机的铁心磁饱和曲线，由图３３可见，在ａ点为特性线的最佳点，当
大于ａ点，进入饱和区，当电动机调频工作时，要保持ａ点不变。
当电动机工作时，Ｉ
１
增加，Ｉ
２
增加，产生的磁通大小相等，方向相反，相互抵消，即工
作时主磁通是不变的，仍然保持在空载电流的设定值（见图３４）。
·２２·
丹佛斯变频器控制技术
图３３ 电动机铁心磁饱和曲线
图３４ 主磁通不变
将上述常数带入公式，有ＥｆＣ，由于
Δ
Ｕ很小，当ＵＵ可忽略，有：
１
＝
１１
较高时，
Δ
ＵｆＣ
≈
Ｅ
１１
＝
１
上式可改写为
ＵｆＣ（常数）
１
／
１
＝
Ｕ
１
上升，ｆ
１
上升；Ｕ
１
下降，ｆ
１
下降。
即Ｕｆ常数，这就是变频器的基本Ｕ／ｆ控制模式。该控制线是任何控制模式都要遵
１
／
１
＝
守的。
Ｕ／ｆ控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调
速要求，已在各产业的各个领域得到广泛应用。这种控制方式在低频时，由于输出电压较
低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。其机械特性终究没有直流
电动机机械特性硬度好，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高，
控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢，电动机转矩利用率不高，低速时因定子电阻
和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差。
应用范围：可以满足大部分对调速响应动态性能要求不高的场合，如风机、水泵负载。
（二）基频以下变频调速
基频以下恒磁通变频调速
我国电网５０Ｈｚ交流电称为基频，在０～５０Ｈｚ范围调速时，称为基频以下调速。０～
５０Ｈｚ范围调速如图３５所示。
特点：
１）基频以下调速时转速变化转矩不变，具有
恒转矩特性。
２）随着转速的下降，电动机输出功率下降。
３）当转速较低时，具有节能作用。
４）起动转矩小。
当ｆ
１
较低时，Ｕ
１
亦较低，电阻Ｒ
１
上的电压
图３５ ０～５０Ｈｚ范围调速
Ｕ已不可忽略，它使定子电流下降，从而使
Φ
ｍ
减小，这将引起低速时的输出转矩减小
Δ
（见图３６）。转矩补偿：为补偿低速时转矩不足，在低频时提升定子电压Ｕ，补偿曲线如图
１
３７中曲线“２”。所有Ｕ／ｆ变频器都有低频转矩补偿功能。