在电动机各种调速方式中可以看出，电动机变频调速的综合性能指标最高，因此变频调速得到了广泛的应用。电动机变频调速装置（变频器）是一种比较复杂的电力电子设备，为了更好地应用变频调速技术，下面简要介绍变频调速原理。

根据变频器的拓扑结构和控制方法，变频器可分为：交-交变频器和交-直-交变频器。

交-交变频器是将电网的工频交流电直接变成电压和频率都可调的交流电，无需中间直流环节，故又称为直接变频器。交-交变频器只用一次变流，效率较高，可方便地实现四象限工作，其低频输出波形接近正弦，但受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低，输出频率仅工频的1/2～1/3，且输入功率因数较低，输入电流谐波含量大。基于这些缺点，交-交变频器的应用受到了限制。

交-直-交变频器首先将电网的工频交流电整流成直流电，再将直流电逆变成频率可调的交流电，因此又称之为间接变频器。交-直-交变频器的电路结构原理图如图5-10所示。

图中主要包括整流部分、滤波环节和逆变部分。整流部分将恒压恒频（CVCF）的交流电流整流成直流，滤波环节将整流器输出的脉动波形滤成恒定的直流，为逆变部分提供无功能量的存储，逆变部分实现将直流逆变成调压调频（VVVF）的交流。滤波环节可以是电容也可以是电感（电抗器），分别对应着电压型变频器和电流型变频器。所谓的电压型变频器就是保持直流环节电压恒定，即直流侧电压不能突变。电流型变频器就是保持电流恒定，即流过电感的电流不能突变。其中电压型变频器应用最广泛。

图5-10 交-直-交变频器的电路结构原理(www.daowen.com)

目前变频器控制方法都是采用PWM技术，对输出脉冲宽度进行调制，来等效地获得正弦输出波形。PWM波形中各脉冲的宽度和间隔可以通过计算法准确计算出来，也可以采用调制法，即把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波，正弦波作为调制信号，所得到的就是SPWM波形。这种载频三角波比较法在实际控制中得到了广泛的应用。

近年来矢量控制技术得到了广泛的应用。由异步电动机的工作原理可知，空间上对称的三相定子绕组U、V、W通以三相对称正弦电流i_U、i_V、i_W后，产生一个以电源频率旋转的空间磁场。同样对于空间上互差90°的两相定子绕组α、β，通以时间上互差90°的两相正弦交流电流i_α、i_β，也可在空间产生一个旋转磁场。对相互垂直的静止绕组M和T分别通以直流电流i_M和i_T，产生一个空间位置相对绕组固定的磁通，如果绕组M、T以同步速度ω1旋转，这时磁通也以速度ω₁在空间旋转。从产生旋转磁场的角度来看，上述三套绕组是可以完全等效的。

将M、T绕组抽象为两相旋转坐标系M-T，并取磁通的方向与M轴重合，当观察者从M-T坐标系上观察时，则磁通仅由i_M产生，而i_T仅用来产生电磁转矩，这样，异步电动机就等效为一直流电动机，M绕组相当于励磁绕组，T绕组相当于电枢绕组。由于这种等效需要借助于电流空间矢量（代表磁动势）的坐标变换，因此将这样通过坐标变换实现的控制系统称为矢量控制系统。经过坐标变换，三相异步电机变成一台等效的直流电动机。通过模仿直流电动机的控制策略，就可以像控制直流电机一样控制异步电机，从而得到良好的调速性能。

矢量控制技术从理论上解决了交流调速系统静、动态性能难以与直流传动相媲美的问题。然而，实际应用中由于转子磁链难以准确观测，并且系统特性受电动机参数的影响较大，以及矢量旋转变换的复杂性，实际的控制效果难以达到理论分析的结果。

直接转矩控制DTC（Direct Torque Control）的控制思路是直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，计算电机的磁链和转矩，采用离散的两点式调节器（Band-Band控制），把转矩检测值与转矩给定值作比较，使转矩波动限制在一定的容差范围内，从而产生PWM脉宽调制信号，直接对逆变器的开关状态进行控制，获得高动态性能的转矩输出。因此，直接转矩控制通过瞬态调节定子磁链Ψ_s与转子磁链Ψ_r的相对位置，就能获得高动态响应的转矩特性和调速性能，这就是直接转矩控制的基本控制策略，目前在高性能的变频器中得到了广泛应用。