III. V/F 系统概论

III.1

历史背景

继电梯的发展及一般性对马达的控制发展来看，在 70 年代以前是对直流马达有利的，因为直流马达的

转矩 T 与电枢电流 I 成正比，改变 I 即可改变 T，因而改变马达的转速，。若对三相感应马达而言，由于定

了电流与椟矩间不是正比，而且因为有其他不利因素，使感应马达在电梯方面得不到什么地位，长久以来

都局限于低速（一般为 60MPM）应用的范围。但在过去数十年当中，曾有不少研究者看透了用变频方法控

制感应马达可使其脱胎换骨，顺而探索及研制一套实用的高功率变频系统，可惜不少尝试都宣告失败，直

至 70 年代微电脑蓬勃发展，再加上高功率半导体的制作成功，才使这多后来的梦想（将三相感应马达如直

流马达一样控制）终于实现。

III.2

YPM 控制和 V/F 控制的基本差异

这两个系统都使用交流感应电动机，也采用微电脑及大功率半导体管作控制，但在 YPM 系统中，马

达仍是直接连结住三相电源（具有固定频率 50Hz），因此我们只能对马达作局部控制。在一定程度内马达

本身的特性仍是决定马达最后运转情况的一项重要因素。在 V/F 系统中三相电源只提供马达所需电力，在

理论上我们可以说 V/F 系统能对马达作 100%的控制，因为这系统光将三相电源整流变成一个直流电源，然

后再用逆变的方式去产生另一个三相电源，但这个三相电源的特性是它的电流是一点一滴的计算出来的，

就因为这样我们说它可以差不多对马达作完全的控制。图一是 V/F 系统主电路的简化图，推动马达的是六

枚晶体管，在图中它们的基极（亦即控制极）看来没有接线但实际是有线和 PWM 控制电路连系在一起的，

不过没有绘出。在后面我们还有更详细的图。

图一 V/F 主电路简化图

III.3

V/F 系统里的几个基本关系

下面我们列举一些基本符号，然后再列出一些基本式子，让读者参考。这些符号及式子这里将不加解

释，有兴趣的读者可自行参看有关书籍及资料

n：电动机转数（r、p、m）；p：电动机极数；T：电动机转矩（N—m）；f：频率（Hz）；V：电动

机定子电压（v）；I：电动机定子电流（A）；S：滑率，或转差率；B：磁通密度（W/m²）；P：功率（KW）；

：常数

(1) n=120f／p(1－S)；

(2) B= K

V／f；

(3) T= K

V／f I；

(4) p= K

Tn；

(5) P≌K

Tf= K

VI= K

读者们请注意 2)、3)两式，从 3)式如要 T 与 I 成正比（和直流马达一样），则 V／f 必须为一个常数，

而经 2)式，如 V／f 为一常数，则马达内的磁场亦保持不变，这是 V/F 名称的由来，也是这种控制的基本

III.4

三相感应电动机

这一类型马达由于结构坚固简单、保养工作轻，故一直以来在工业界大量应用，其特征为 a)起动电流

大；b)转速虽固定，但因负载变化影响而漂移；c)最大扭力（按：此即上面所提的转矩 T，T 并非力，但由

于转矩这名称较难明白，故以扭力代替，读者们要注意，扭力并非力，但包含了力的成份）与负载无关；

d)基于设计关系，功率固数最高值一般在满载情况下出现。由于 a)、b)、c)、d)皆不利于电梯应用，故在过

去电梯系统中如使用这种马达，在速度方面即受限制。幸而上述的各项特性都在一个情况下产生：即交流

电源频率为固定（如香港的 50Hz），如果根本上避开了这个条件再配合一些有利因素，就可得到与 a)、b)、

c)、d)完全不同的特性。感应马达的转子基本上是一个短路金属体，只有定子才是线组，定子与转子间虽无

电的直接联系却有磁的联系，因此和一具变压器非常接近。事实上有些人就称感应马达为“旋转变压器”。

变压器应用时次级绝不能发生短路，同时我们需要的是电流。在感应马达中次级的转子永远处于短路状态，

而我们需要的不是它的短路电流而是它所发生的扭力。从上面的简单说明，读者可以明白基于扭力的产生，

经电源输入的电能就“路过”马达而重新表现为一种机械能，能量只是过路客，不会积聚在马达内。强大

的扭力可带动沉重的物体作出需要的运动。但如马达因故障或外在因素影响而不能起动，则经电源流入的

巨量电能因不断积聚在马达内，可在极短时间内将马达摧毁。感应马达的研究和开发已达到空前未有的地

步，下面我们介绍人一个最简单的模型给读者，这模型当然不够准确，但一般已足够使我们了解 V/F 控制