異步機變頻調速已得到廣泛的應用。變頻器的花樣種類繁多，變頻器的供應商們為了推銷自己的產品，都大力宣傳自己的優點，其他產品的缺點，使人眼花繚亂。變頻器的應用者在選用時經常提出許多如何合理應用及方案比較的問題，變頻器的開發者在方案論證時也常提出產品定位及前景方面的問題。作者根據自己多年來在該領域中的體會，就下面幾個問題談談自己的看法。
各種產品，只要它們在市場上站得住腳，就必然有它們各自的優點和缺點。市場是無情的，如果都是缺點，該產品必然被淘汰，若都是優點它必然淘汰別人。作者希望通過本論壇引起討論，去掉商業炒作，還事物以本來面目。以下均為個人看法，僅供參考。涉及壹些價格，均為做方案比較用的價格，不是實際購物價格，不涉及商業行為。
(1) 大功率節能調速的合理電壓等級
大中功率風機和泵采用變頻調速可節約大量電能，大部分功率在0.2-2MW範圍內。我們現在200KW以上的電機多是中壓，電壓等級多為10KV，少量為6KV。選用10KV“直接”變頻，從技術和經濟角度看都不合理。所有的“直接”變頻都不是真正的直接變頻，在其輸入側都有變壓器，因此電機和變頻器沒有必要和電網電壓壹致。本文討論不同功率段的合理電壓等級。
(2) 高性能調速系統中的矢量控制和直接力矩控制
高性能調速系統中的矢量控制發明於70年代末，商品化於80年代，至今仍然為多數公司所采用。直接力矩發明於80年代後期，部分公司采用，商品化於90年代初，被廣泛宣傳為新壹代技術。本文介紹作者對這兩種系統的看法。
(3) 有速度(位置)傳感器和無速度(位置)傳感器系統
在矢量控制和直接力矩控制系統開發的初期都要求裝設速度(位置)傳感器(編碼器)。有些場合安裝編碼器困難，所以又開發出無速度(位置)傳感器系統，它的性能不如前者，但優於V/f開環系統。現在有些宣傳說，無編碼器系統的低速起動性能已達到有編碼器系統水平，此提法有模糊之處。本文討論什麽時候應裝編碼器，何時可以不裝編碼器。
2 大功率節能調速傳動的合理電壓等級
大中功率風機和泵采用變頻調速可節約大量電能，大部分功率在200-2000KW範圍中。我們現有的交流電動機200KW是個界限，200KW以下是低壓380V，200KW以上為中壓:3KV、6KV和10KV。電力部門從減小線損的角度出發，希望提高供電電壓，3KV已取消，6KV正在淘汰中，大力推行10KV，將來還可能提至20KV。用戶從簡化配置出發，很自然的提出要求，希望200KW以上的電機和變壓器也都采用10KV，不幸這合乎情理的要求技術上實現困難，經濟上價高，因為:
A． 10KV電機從制造角度並不困難，但隨著電壓升高，絕緣等級提高，電機重量和價格也增加，以YJS系列4極560KW電機為例:380V重3.6T，價11萬;6KV重3.9T，價15萬;10KV重4.4T，價20萬。
B． 受電力電子器件電壓及電機允許的dv/dt限制，10KV變頻器必須多電平，多器件串聯。造成線路復雜，價格昂貴，可靠性差。對於10KV變頻器若使用1700V IGBT器件，需10串，三相***120支器件。若使用3300V器件，也需5串***60支器件，數量巨大。另壹方面電流小，器件的電流能力得不到充分利用，仍以560KW為例，10KV電機電流僅40A左右，現1700V的IGBT電流已達2400A，3300V器件電流達1600A，有大電流器件不采用，偏要用大量小電流器件串聯，極不合理。即使電機功率達2000KV，電流也只有140A左右，仍很小。
為了電平隔離，改善輸入電流波形及減小諧波，現在所有的中壓“直接變頻”器都不是真正的直接變頻，其輸入側都裝有輸入變壓器，這種安排短時間內不會改變。既然輸入側有變壓器，變頻器和電機的電壓就沒有必要和電網壹樣，非用10KV和6KV不可，因此就有了變頻器和電機的合理電壓等級問題。另外，過去電機中低壓的200KW分界是考慮電機直接起動，起動電流7-8倍額定電流，10KV/380V電力變壓器容量2000KVA，短路阻抗6%左右，電機起動時380V母線壓降限制在5%左右而定的。再加大變壓器，短路電流太大，低壓開關難以承受。采用變頻器調速後，起動電流被限制在額定值內，中低壓分界條件也應隨之變化。現在660V低壓電機容量已達1000-1200KW，它也為討論合理電壓等級提供了基礎。
本文分析合理電壓等級的出發點是:
A． 低壓變頻器采用1200V或1700V IGBT，器件額定電流小於1800A-2400A，並聯數不大於2。並聯再多實現麻煩，就不如改為多電平串聯，中壓變頻。
B． 中壓變頻采用器件種類及電壓等級很多，相應線路方案也不同。本文基於目前市場上流行的產品，它們是基於1700V IGBT的分離直流電源多重化(H橋串聯)方案(SDM)及基於3300V，4500V和6000V的IGBT或IGCT或IEGT三電平方案(THL)。
文獻[1]對合理由電壓等級進行了分析，這裏不再重復，只把幾點看法列於下面:
A．800-1200KW以下的變頻調速宜選用380V或660V電壓等級。它線路簡單，技術成熟，可靠性高，dv/dt小，價格便宜。仍以560KW電機為例，630KW 660V的低壓變頻器約50萬，而同容量2300V的中壓變頻器約90萬。實現的方法有低-低，低-高，高-低和高-低-高等幾種形式。由於電機、變壓器的價格遠低於變頻器，即使更換電機、變壓器也合理。
B．1000-1500KW以上的調速可以用中壓變頻
國外的中壓變頻器有多個電壓等級:1.1KV，2.3KV 3KV 4.2KV 6KV，它們主要由電力電子器件的電壓等級所確定。在THL中器件不串及SDM中橋不串聯情況下，器件電壓與變頻器電壓間的關系示於表1。
表1 在不串聯情況下，器件電壓與變頻器電壓間的關系
器件電壓(V) 1700 3300 4500 6000
變頻器電壓(KV) 1.1 2.3 3 4.2
目前器件最高6000V，在不串情況下變頻器最高電壓4.2KV。6KV變頻器必須串聯，線路復雜，器件多，可靠性受影響。國外很少做6KV變頻器，10KV基本不做。從原理上說SDM通過H橋單元串聯，變頻器輸出電壓不受器件電壓限制，可以較高，但提高電壓的代價是器件大量增加，可靠性降低。對於同樣輸出功率的變頻器，使用較高電壓較多單元串聯所花的代價大於用較低電壓，較少數量，電流較大單元的代價，也就是說在器件電流允許條件下應選用盡可能低的電壓等級。
許多應用場合都要求旁路功能，即在變頻器故障時將電機旁路，直接接入電網恒速工作。為降低變頻器造價，電機電壓低於電網電壓後，如何旁路是壹個需要解決的問題。這問題可以解決，對於不同的變頻器旁路方法不同，變頻器的旁路指在變頻器出現故障時將電機直接接入電網，恒速工作。如果電機電壓和電網電壓壹致，旁路不成問題。為了降低變頻器造價，電機電壓低於電網電壓後，如何旁路，是這裏所要討論的問題。
如果采用低壓變頻，變頻器輸入交流電壓與額定輸出電壓壹樣，電機可以繞過變頻順直接接低壓380V或660V電源。
如果采用THL中壓變頻，可以把輸入變頻器兩副邊串聯起來向電機供電，參見圖1。當三個轉換開關接“1”時，變頻器工作;當三個開關接“2”時旁路，輸入變壓器的兩組副邊線電壓各等於1.5Vm/2（Vm為電機額定輸入電壓），並互差300，把它們串起來後電壓為1.5Vm cos150=1.01Vm，正好供電機恒速工作。
如果采用SDM變頻器，輸入變頻器副邊太多，無法通過改變接線來旁路變頻器，只能旁路出故障的單元，經觸點將故障單元輸出短路，單元中IGBT封鎖。在這類變頻器設計時已考慮了旁路單元的工況。如果壹定要旁路變頻器，只能另加壹臺備用降壓變壓器，這對於在壹個電網上掛有多套變頻器時是合理的。
設計旁路電路時需註意校驗電機直接起動時的起動轉矩。例如變壓器短路阻抗為6%，容量為1.1倍變頻器容量，電機起動電流為7倍，則電機起動電壓為0.72Vm，起動轉矩為0.52倍額定起動轉矩，它應大於負載轉矩。若起動轉矩不夠，只能加大變壓器容量或選用小短路阻抗變壓器。
3 高性能調速系統中的矢量控制和直接力矩控制
調速系統的任務是控制速度，速度通過轉矩來改變，調速系統的性能取決於轉矩控制的好壞，矢量控制(VC)和直接力矩控制(DTC)的任務都是實現高性能轉矩控制，它們的速度調節部分相同。
異步機的轉矩等於磁鏈矢量和定子電流矢量的矢量積。磁鏈不能直接測量，需要通過定子電壓電流及電機參數算得。
由於定子電壓電流都是交流量，處理起來較麻煩，所以在VC控制系統中，借助於坐標變化，把它們變成dq坐標系的直流量，計算得到的控制量再經反變換變回交流坐標軸系去產生PWM信號。為了在高速和低速均能取得好的性能，必須用電壓電流兩個模型，涉及到電機參數較多。
在DTC系統中用交流量直接計算力矩和磁鏈，然後通過力矩、磁鏈兩個Band-Band控制器產生PWM信號，省去了坐標變換。在研制DTC的初期沒有考慮低速運行工況，並以定子磁鏈為基礎，涉及電機參數只有Rs壹個，因此DTC的供貨商大力宣傳DTC計算簡單，涉及電機參數最少，精度高等。實際上在考慮低速運行工況後，DTC也必須引入電流模型，也要用到轉子磁鏈，涉及的電機參數和VC壹樣多，所以精度也壹樣。DTC沒坐標變換，計算公式簡單，但為了實現Band-Band控制，必須在壹個開關周期中計算很多次，要求計算速度快，以ABB公司的ACS600系列為例，它的計算周期是25μs。在VC中測量電壓電流在壹個開關周期內的平均值，然後壹周期計算壹次，對計算速度要求低，以Siemens公司的6SE70系列為例，他計算周期是400μs，相差16倍。矢量變換計算只不過4個乘法和兩個加法，以現在處理器的能力看，它算不了什麽。另外以定子磁鏈為基礎也不是DTC的專利，有的VC系統也以定子磁鏈為基礎。根據產品樣本，ACS600(DTC)轉矩控制響應時間是5ms，6SE70(VC)也是5ms，再快的響應機械也受不了。
有人認為，DTC利用磁鏈幅值的Band-Band控制得到近似圓形磁場，磁鏈幅值的波動會導致轉矩波動，而VC是連續控制，磁鏈幅值不變，無轉矩波動。這種看法也欠妥，DTC中由於存在轉矩Band-Band控制，轉矩平均值不會受磁鏈變化影響而波動，磁鏈變化只影響電流波形;對於VC，由於變頻器按PWM模式工作，在壹個開關周期內是不可控制，也不是連續控制，同樣存在電流脈動並導致轉矩脈動的問題，6SE70的轉矩脈動為2%。
綜上所述，作者認為這兩種系統無本質區別，只不過在實現轉矩控制時走了不同的路，不存在誰優於誰，誰取代誰的問題。
4 有速度(位置)傳感器和無速度(位置)傳感器系統
在矢量控制和直接力矩控制系統開發的初期都要求在電機軸上裝設編碼器，測取速度(位置)信號，有些場合安裝編碼器困難，所以又開發了無速度傳感器系統。無速度傳感器系統現在是熱門話題，方法很多，但真正用於工業產品的都基於同樣原理--電壓、電流模型法。
電壓模型使用電機參數較少，在速度高於5-10%(高速)時，計算精度較高，低於5-10%(低速)時，由於電壓太小，計算誤差大。電流模型使用電機參數多，特別是受轉子電阻變化影響大，計算誤差略大，但這誤差與轉速無關。在有速度傳感器的系統中，高速時使用電壓模型，控制精度高;低速時使用電流模型，精度雖不如高速時，但仍能正常運行。在無速度傳感器系統中，高速時轉速角速度靠比較電壓電流模型計算結果辨識得到，因此只能達到有速度傳感器系統的低速時水平;低速時由於電壓模型不準，基準沒了，無法辨識 ，系統只能拋棄矢量控制，改為開環工作。現在市場上的無速度傳感器矢量控制系統在低速時都是開環系統，性能差。它們只適合用於無長期低速運行工況，且高速時調速精度要求不高的場合。
有的公司宣稱它的無速度傳感器矢量控制系統在靜止時也能產生滿力矩，這話沒錯，但也有宣傳成分。因為在靜止時，速度為零是已知的，不需辨識，但壹轉起來，長期低速運行就不行了。
在表2中列出了6SE70系列變頻器在有、無編碼器時的性能。
6 結論
1) 大功率節能調速壹律采用6kv10kv“直接變頻”不合理，應根據功率選擇合理電壓等級。大功率的變頻器采用高電壓，盡量采用電流大的器件，降低器件的串聯個數。
2) 矢量控制和直接力矩控制各有優缺點，只是不同公司走了不同路，並無誰優於誰，誰取代誰的問題。
3) 無速度傳感器系統只適用於無長期低速工況，高速時性能要求不高的場合。
4) 200kw-315kw功率檔次的電機，國內的實際情況是380v電壓等級占很大壹部分。
5) vc和dtc的優劣，商業宣傳成分較大讓他們去爭論吧。
6) 從性價比角度考慮變頻電壓等級選擇的合理性，315kw以下可選380v，250-800kw可選用660v，500kw以上可選用6kv高-高變頻或6kv、10kv高-低-高變頻。
7) 高-高產品價格高。高-低-高產品占變壓器的位置本身功耗略高，但可靠性好價格也好。