周波数変換器は、モータの可変速運転を実現するために工業用周波数電力（50Hzまたは60Hz）をさまざまな周波数の交流電力に変換する装置で、制御回路で主回路の制御を完了し、整流回路で交流電力を直流電力に変換し、直流中間回路で整流回路の出力を平滑化およびフィルタリングし、インバータ回路で直流電力を交流電力に反転します。ベクトル制御インバータの場合、計算量が多いため、トルク計算用のCPUとそれに相当する回路が必要となる場合があります。インバータの速度調整は、モータの固定子巻線への電源の周波数を変更することによって実現されます。
周波数変換器を分類する方法は数多くありますが、主回路の動作モードの分類に従って、電圧-型周波数変換器と電流-型周波数変換器に分けることができます。スイッチングモードの分類に応じて、PAM-制御周波数コンバータ、PWM-制御周波数コンバータ、および高負荷周波数PWM-制御周波数コンバータに分けることができます。動作原理の分類によれば、V/f-制御周波数変換器、回転周波数制御周波数変換器、ベクトル制御周波数変換器などに分けることができます。用途に応じて動作原理の分類によれば、汎用インバータ、高性能特殊インバータ、高周波インバータ、単相インバータ、三相インバータに分類できます。{{9}
VVVF:電圧を変更、周波数を変更 CVCF: 定電圧、定周波数。家庭や工場など、各国で使用されている交流電源は、電圧や周波数が400V/50Hzや200V/60Hz（50Hz）などです。一般に、電圧や周波数が固定された交流を、電圧や周波数が可変の交流に変換する装置を「インバータ」といいます。可変の電圧と周波数を生成するために、デバイスはまず電源の交流を直流 (DC) に変換します。
モーター制御に使用されるインバーターは、電圧と周波数の両方を変更できます。
周波数コンバータの仕組み
AC モーターの同期速度式は次のとおりであることがわかっています。
n = 60 f (1-s)/p (1)
式では
n --- 非同期モーターの速度。
f --- 非同期モーターの周波数。
s --- モーターの回転速度。
p---モーター極ペアの数。
式 (1) から、回転速度 n は周波数 f に正比例することがわかります。周波数 f を変更してモーターの回転速度を変更できる限り、周波数 f を 0 ～ 50Hz の範囲で変更すると、モーター速度の調整範囲は非常に広くなります。周波数変換器は、モーターの電源周波数を変更して速度調整を実現するもので、高効率、高性能の速度調整の理想的な手段です。
周波数変換器制御モード
低圧汎用インバータ-出力電圧は 380-650V、出力電力は 0.75-400kW、動作周波数は 0-400Hz、主回路はすべて AC-DC-AC 回路を使用します。その制御モードは次の 4 世代を経てきました。
1U/f=C 正弦波パルス幅変調 (SPWM) 制御モード
シンプルな制御回路構造、低コスト、硬度の機械的特性が特徴で、一般的な伝達のスムーズな速度要件を満たすことができ、さまざまな産業分野で広く使用されています。ただし、この制御方式では低周波では出力電圧が低下するため、ステータ抵抗電圧降下によるトルクが大きくなり、出力最大トルクが低下します。さらに、その機械的特性は DC モーターほど硬くなく、動的トルク容量と静的速度性能が満足のいくものではなく、システム性能が高くなく、負荷に応じて制御曲線が変化し、トルク応答が遅く、モーターのトルク利用率が高くなく、固定子抵抗とインバーターの不感帯効果の存在による低速と性能の低下、安定性の低下などがあります。そこで、ベクトル制御による周波数変換速度制御が検討されている。
電圧空間ベクトル（SVPWM）制御方式
これは、一度に 3 相の変調波形を生成する目的で、モーターのエアギャップの理想的な円形の回転磁界軌道を近似するために、3 相波形の全体的な生成効果を前提としており、円の内接多角形近似の方法で制御します。実用化後は周波数補償が導入され、速度制御の誤差をなくすことができるように改良されています。磁気チェーンの振幅はフィードバックによって推定され、低速でのステータ抵抗の影響が排除されます。出力電圧と電流は閉ループになっており、ダイナミクスの精度と安定性が向上します。-ただし、制御回路のリンク数が増加し、トルク調整が導入されないため、システムのパフォーマンスは根本的に向上しません。
ベクトル制御（VC）方式
ベクトル制御周波数制御の実践では、三相座標系の非同期モータの固定子電流 Ia、Ib、Ic を、三相-、二相変換、および回転子を介して-二相静止座標系の交流電流 Ia1Ib1 に変換します。- 同期回転座標系における直流電流Im1、It1（Im1はDCモータの励磁電流に相当、It1はトルクに比例する電機子電流に相当）に相当する回転子磁界の向きに応じた変換を行い、DCモータの制御方法を模倣してDCモータの制御量を取得し、 対応する座標の逆変換後の非同期モーター。本質的に、AC モーターは DC モーターと同等であり、速度と磁界の 2 つの成分が独立して制御されます。回転子磁気チェーンを制御し、座標変換により固定子電流を分解してトルク成分と磁界成分を取得し、直交制御や分離制御を実現します。提案するベクトル制御手法は 画期的な意味をもつ-。しかし、実際のアプリケーションでは、ロータの磁気チェーンを正確に観察することが難しく、システム特性がモータパラメータに大きく影響され、等価DCモータの制御プロセスで使用されるベクトル回転変換がより複雑になるため、実際の制御効果が理想的な解析結果を達成することが困難になります。
ダイレクトトルクコントロール（DTC）方式
1985 年にドイツのルール大学のデペンブロック教授が直接トルク制御周波数変換技術を初めて提案しました。この技術は、上記のベクトル制御の欠点を大幅に解決し、新しい制御アイデア、簡潔で明確なシステム構造、優れた動的および静的性能によって急速に開発されました。現在、この技術は電気機関車牽引用の高出力 AC ドライブに適用され、成功しています。-直接トルク制御は、AC モーターの数学モデルをステーター座標系で直接分析し、モーターの磁気チェーンとトルクを制御します。 AC モーターを DC モーターと同等に扱う必要がないため、ベクトル回転変換における多くの複雑な計算が不要になります。 DC モーターの制御を模倣する必要も、デカップリングのために AC モーターの数学モデルを単純化する必要もありません。
マトリックス AC-AC 制御方式
VVVF インバータ、ベクトル制御インバータ、直接トルク制御インバータはすべて AC{0}}DC-AC インバータの一種です。これらの共通の欠点は、入力力率が低いこと、高調波電流が高いこと、DC 回路に大きなエネルギー蓄積コンデンサが必要であること、回生エネルギーを系統にフィードバックできないこと、つまり 4 象限動作が不可能であることです。このため、マトリックス AC- AC インバータが登場しました。マトリックス AC- AC インバータは中間 DC リンクを排除するため、大型で高価な電解コンデンサが不要になります。力率 1 を実現でき、入力電流は正弦波で 4 象限で動作でき、システムの電力密度が高くなります。このテクノロジーはまだ成熟していませんが、依然として多くの学者を魅了し、深く研究しています。その本質は、電流や磁気チェーンなどの量を間接的に制御するのではなく、制御量としてトルクを直接実現することです。具体的な方法は次のとおりです。
- - 速度センサーレス方式を実現するためにステーター磁気チェーンオブザーバーを導入するためのステーター磁気チェーンの制御。
--自動識別 (ID) は、モーターの正確な数学的モデルに基づいてモーターのパラメーターを自動的に識別します。
- - 固定子インピーダンス、相互インダクタンス、磁気飽和係数、慣性などに対応する実際の値を計算します。リアルタイム制御のために実際のトルク、固定子磁気チェーン、回転子速度を計算します。
--磁気チェーンとトルクのバンドバンド制御に従って PWM 信号を生成し、インバータのスイッチング状態を制御するバンドバンド制御を実現します。
マトリックス AC-AC インバーターは、高速トルク応答 (<2ms)、高速精度 (±2%、PG フィードバックなし)、高トルク精度 (<+3%) を備えています。また、高い始動トルクと高いトルク精度を備えており、特に低速（0 速度を含む）で 150% ～ 200% のトルクを出力できます。