随着变频变压控制技术的发展和控制用元器件日益完善，使得具有多种优点的变频变压调速系统越来越多地应用于电梯领域。现在，不仅电梯主驱动系统中采用变频变压调速系统，而且在电梯其它部分（如门机系统）也都普遍应用了这一技术，成为电梯拖动技术发展的主要方向。
一、基本原埋
由式（３－２）可知，电机输入电源的频率ｆ变化同样会使电机转速ｎ变化（实际上是ｆ的变化引起了电机同步转速ｎ０的变化）。由电机学可以导出下式：（忽略定子阻抗压降的情况下）
４.４４ｆＷΦｍＫω＝Ｅ１≈Ｖ∝ｆ·Φｍ （３－３）
其中：Ｖ———电机定子端电压 Ｗ———定子每相绕组串联匝数
ｆ———定子输入电源频率 Ｋω———基波绕组系数
Φｍ———电机气隙磁通 Ｅ１———定子绕组的感应电势
另外，从异步电动机转矩公式Ｍ＝ＣｍΦｍＩ２ｃｏｓφ２可以看出，电机内磁通的变化将直接影响电机的转矩输出。对于要求调速范围大、恒转矩的电梯负载，希望在整个调速范围内保持最大转矩不变。因此在电梯的调速过程中，总希望能保持电机的气隙磁通Φｍ不变，以达到恒转矩控制的要求。
下面我们分析一下仅改变电机输入电源频率ｆ进行调速时对电机输出转矩的影响。
当ｆ下降时，电机内旋转磁场的转速（电机同步转速）ｎ０下降，定子绕组内的感应电势Ｅ１亦下降。若Ｖ的大小保持不变，则Ｖ与Ｅ１的差值增大，使得励磁电流增加，力图建立起较大的气隙磁通Φｍ以保持在ｎ０较低的情况下感应产生足够的电势Ｅ１与外加电压Ｖ相平衡。由于一般电机在额定频率下工作时，磁路已经接近饱和，所以磁通Φｍ的增大必然使电机的磁路过饱和、定子电流的励磁分量急剧增大。其后果是一方面降低了电动机的功率因数；另一方面还使电机带负载能力降低、铁耗增加（能耗增加）、电动机过热。
当ｆ升高超过额定频率时，气隙磁通Φｍ将下降小于额定值，引起电机的输出转矩下降，使得电机运行性能恶化。
可见，单独改变电源频率ｆ，必然导致气隙磁通Φｍ的改变，影响电动机的运行性能。因此，为了避免上述现象，在需要改变频率进行调速时，也要求随着电源频率的改变，相应地改变电源电压Ｖ的大小，以保证电机的气隙磁通Φｍ发生尽量小的变化。
结合式（３－３）可知，若Ｖ／ｆ＝常数，在恒转矩负载的情况下，就可保证气隙磁通Φｍ基本不变、电机过载能力及运行性能保持不变。这就是Ｖ／ｆ比例控制方式。
但是，Ｖ／ｆ比例控制方式中Ｖ／ｆ＝常数是在忽略定子阻抗压降情况下得出的。（因频率较高时，定子阻抗与转子电抗相比非常小，）而当频率较低时，定子阻抗压降就显得不可忽略了，它就相当于在定子电路中串入了一个降压电阻，使得定子电压Ｖ进一步降低，导致气隙磁通Φｍ下降。频率ｆ越低，定子阻抗的影响越大，使电机的运行特性受到破坏。因此，必须适当地提高定子电压Ｖ（电压补偿），增大气隙磁通Φｍ使其不变，以消除定子阻抗的影响。这就是利用速度反馈信号控制补偿电压的对Ｖ／ｆ控制进行速度闭环控制的方式———恒磁通控制方式，更进一步成为转差频率控制方式。
虽然转速闭环转差频率控制的交流变频变压调速系统基本上具备了直流电机双闭环控制系统的优点，但动态中Φｍ不会恒定、相位延迟、速度反馈信号的干扰成分等均会降低其静、动态性能。
以上两种变频变压调速系统都存在动态性能不够理想、调节器参数难以准确设定等缺陷，只是沿用了单变量控制系统的概念而没有考虑变频调速系统非线性、多变量的系统特点。以德国西门子公司的Blaschke等人首先提出的“感应电机磁场定向的控制原理”为基础，发展成为一种对交流电动机的新的控制思想和技术。即将异步电动机的定子电流分为产生磁场的电流分量（励磁电流）和与其相垂直的产生转矩的电流分量（转矩电流），并分别加以控制。这就是矢量变换控制方式。
以上三种控制方式就是常见的变频变压控制方式———ＶＶＶＦ控制方式（Variable Voltage Variable Freqnency的缩写）。其中又以矢量变换控制方式最为先进和优良，成为发展和应用的主流，下面我们就其基础理论做一些介绍。
１.矢量变换控制原理
按照弗来明的左手法则，电机产生的转矩Ｍｅ，和磁通φ、电流Ｉ之间的关系是
Ｍｅ＝φ·Ｉ·ｓｉｎθ
若磁通φ与电流Ｉ的夹角θ保持不变，则转矩Ｍｅ与磁通φ和电流的积成比例，θ＝９０°时，相同的磁通和电流所产生的转矩最大。
对直流电机结构（其原理如图３－４－１所示），励磁电流Ｉｆ产生磁通Φ，由于碳刷和整流子的作用，电枢电流Ｉｎ始终与磁通垂直相交。由于能经常产生最大的转矩并能个别调整Ｉｆ和Ｉａ，例如Ｉｆ保持不变，只要控制Ｉａ的大小，便能非常简单地对转矩进行线性控制。
交流电机产生的转矩与磁通和定子电流的磁通在空间垂直相交分量的积成比例。但由于没有像直流电机那样的碳刷和整流子，因此磁通和定子电流的夹角θ随负载条件而变化，定子电流的大小与转矩不成比例关系。特别是感应电动机，由于没有励磁绕组，所以只能用定子电流（交流量）同时控制磁通和转矩。因此要将交流电机的转矩控制与控制直流电机一样的话，就必须采用磁通和转矩两者分开进行控制的方法。为了设法模拟直流电机控制电磁转矩的规律，将三相的旋转磁场经过适当的变换后与直流电机中的二个绕组匝数相等效，即与互相垂直的绕组Ｍ和Ｔ绕组相等数，如图３－４－２所示。因为在交流电机中，除能产生旋转磁场的三相绕组外，还可以有二相和单相绕组。只要在各相的相对应绕组中通以各相平衡的电流即可。从图中可看出，（ｂ）是二相固定绕组α和β（位置相差９０°），对其通以两相平衡的交流电流ｉα和ｉβ（相位也相差９０°）时所产生的旋转磁场Φ，在旋转磁场和角速度ω０均相同的情况下，（ａ）、（ｂ）两图相等效。（ｃ）中的固定磁通Φ若也同时以相同的角速度ω０旋转的话，则（ｂ）、（ｃ）两图相等效。 |
