Niskonapięciowe przemienniki częstotliwości ogólnego-zastosowania mają napięcie wyjściowe 380–650 V, moc wyjściową 0,75–400 kW i częstotliwość roboczą 0–400 Hz.
Wszystkie ich obwody główne korzystają z obwodów prądu przemiennego-DC-AC. Ich metody kontroli przeszły przez następujące cztery pokolenia:
Metoda sterowania z modulacją szerokości impulsu sinusoidalnego (SPWM).
Jego cechy obejmują prostą strukturę obwodu sterującego, niższy koszt i dobre właściwości mechaniczne, spełniające wymagania dotyczące płynnej regulacji prędkości w napędach ogólnych. Jest szeroko stosowany w różnych dziedzinach przemysłu. Jednakże przy niskich częstotliwościach, ze względu na niskie napięcie wyjściowe, na moment obrotowy znacząco wpływa spadek napięcia na rezystancji stojana, zmniejszając maksymalny wyjściowy moment obrotowy. Co więcej, jego właściwości mechaniczne nie są tak wytrzymałe jak w przypadku silnika prądu stałego, a jego dynamiczny moment obrotowy i wydajność statycznej kontroli prędkości nie są całkowicie zadowalające. Wydajność systemu nie jest wysoka, krzywa sterowania zmienia się wraz ze zmianami obciążenia, reakcja na moment obrotowy jest powolna, a wykorzystanie momentu obrotowego silnika jest niskie. Przy niskich prędkościach wydajność pogarsza się z powodu rezystancji stojana i efektu martwej strefy falownika, a stabilność ulega pogorszeniu. Dlatego badacze opracowali sterowanie wektorowe ze zmienną częstotliwością.
Metoda sterowania modulacją szerokości impulsu wektora przestrzeni napięcia (SVPWM).
Metoda ta opiera się na ogólnym efekcie generacji fali trójfazowej-, a jej celem jest przybliżenie idealnej trajektorii wirującego pola magnetycznego w szczelinie powietrznej silnika. Generuje on trójfazowy kształt fali w jednym kroku, wykorzystując wielokąt wpisany do przybliżenia koła. Po praktycznym zastosowaniu zostało to udoskonalone poprzez wprowadzenie kompensacji częstotliwości w celu wyeliminowania błędów kontroli prędkości; szacowanie amplitudy strumienia magnetycznego poprzez sprzężenie zwrotne w celu wyeliminowania wpływu rezystancji stojana przy małych prędkościach; oraz zamykanie wyjściowych pętli napięcia i prądu w celu poprawy dynamicznej dokładności i stabilności. Jednakże obwód sterujący składa się z wielu elementów i nie wprowadzono regulacji momentu obrotowego, więc wydajność układu nie uległa zasadniczej poprawie.
Metoda sterowania wektorowego (VC).
Sterowanie wektorem Regulacja prędkości ze zmienną częstotliwością polega na przekształceniu prądów stojana Ia, Ib i Ic silnika asynchronicznego w trój-fazowym układzie współrzędnych na równoważne prądy AC Ia1 i Ib1 w dwu-fazowym stacjonarnym układzie współrzędnych poprzez transformację trój-fazową na dwu-fazową. Następnie, poprzez transformację obrotową zorientowaną przez pole magnetyczne wirnika, są one przekształcane na równoważne prądy stałe Im1 i It1 w synchronicznie obracającym się układzie współrzędnych (Im1 jest równoważne prądowi wzbudzenia silnika prądu stałego; It1 jest równoważne prądowi twornika proporcjonalnemu do momentu obrotowego). Następnie naśladuje się metodę sterowania silnikiem prądu stałego, aby uzyskać wielkości sterujące silnika prądu stałego. Poprzez odpowiednie odwrotne transformacje współrzędnych realizowane jest sterowanie silnikiem asynchronicznym. Zasadniczo jest to równoznaczne z przekształceniem silnika prądu przemiennego w silnik prądu stałego i niezależnym sterowaniem składowymi prędkości i pola magnetycznego. Kontrolując połączenie strumienia wirnika, a następnie rozkładając prąd stojana w celu uzyskania składowych momentu obrotowego i pola magnetycznego, uzyskuje się sterowanie ortogonalne lub odsprzężone poprzez transformację współrzędnych. Wprowadzenie metody sterowania wektorowego było przełomowe. Jednakże w zastosowaniach praktycznych, ze względu na trudności w dokładnej obserwacji powiązania strumienia wirnika, na charakterystykę systemu duży wpływ mają parametry silnika, a wektorowa transformacja rotacji stosowana w równoważnym procesie sterowania silnikiem prądu stałego jest złożona, co utrudnia osiągnięcie idealnych wyników analitycznych w praktyce.
Metoda bezpośredniej kontroli momentu obrotowego (DTC).
W 1985 roku profesor DePenbrock z Uniwersytetu Ruhr w Niemczech po raz pierwszy zaproponował technologię bezpośredniego sterowania momentem obrotowym o zmiennej częstotliwości. Technologia ta w dużej mierze rozwiązała wady wspomnianej powyżej metody sterowania wektorowego i szybko się rozwinęła dzięki nowatorskiej koncepcji sterowania, prostej i przejrzystej strukturze systemu oraz doskonałym parametrom dynamicznym i statycznym. Technologię tę z powodzeniem zastosowano w napędach prądu przemiennego-o dużej mocy do trakcji lokomotyw elektrycznych. Bezpośrednie sterowanie momentem bezpośrednio analizuje model matematyczny silnika prądu przemiennego w układzie współrzędnych stojana i kontroluje połączenie strumienia silnika oraz moment obrotowy. Nie wymaga przekształcania silnika prądu przemiennego na równoważny silnik prądu stałego, co eliminuje wiele skomplikowanych obliczeń w transformacji wektora rotacji; nie ma potrzeby imitowania sterowania silnikiem prądu stałego ani upraszczania modelu matematycznego silnika prądu przemiennego w celu odsprzęgania.
Metoda sterowania konwerterem matrycowym
Zmienna częstotliwość VVVF, zmienna częstotliwość sterowania wektorowego i zmienna częstotliwość bezpośredniego sterowania momentem to wszystkie typy konwersji częstotliwości AC-DC-AC. Ich powszechnymi wadami są niski współczynnik mocy wejściowej, duże prądy harmoniczne, konieczność stosowania dużych kondensatorów magazynujących energię w obwodzie prądu stałego oraz brak możliwości wprowadzenia energii regeneracyjnej z powrotem do sieci energetycznej, co oznacza, że nie mogą pracować w czterech kwadrantach. Dlatego pojawiły się konwertery matrycowe. Ponieważ przetwornice matrycowe eliminują pośrednie łącze prądu stałego, eliminują potrzebę stosowania dużych i kosztownych kondensatorów elektrolitycznych. Mogą osiągnąć współczynnik mocy 1, sinusoidalny prąd wejściowy i pracę w czterech-kwadrantach, co skutkuje dużą gęstością mocy. Chociaż technologia ta nie jest jeszcze dojrzała, w dalszym ciągu przyciąga wielu naukowców prowadzących-dokładne badania. Jego istotą nie jest pośrednie sterowanie prądem, strumieniem magnetycznym itp., ale raczej bezpośrednie sterowanie momentem obrotowym. Konkretne metody to:
Sterowanie strumieniem magnetycznym stojana poprzez wprowadzenie obserwatora strumienia magnetycznego stojana w celu uzyskania metody sterowania bezczujnikowego.
Automatyczna identyfikacja (ID) opiera się na dokładnym modelu matematycznym silnika, który automatycznie identyfikuje parametry silnika.
Obliczanie rzeczywistych wartości impedancji stojana, indukcyjności wzajemnej, współczynników nasycenia magnetycznego, bezwładności itp. w celu obliczenia rzeczywistego momentu obrotowego, strumienia magnetycznego stojana i prędkości wirnika w celu sterowania w czasie rzeczywistym.
Implementowanie pasma-Sterowanie pasmem: generowanie sygnałów PWM w oparciu o pasmo-Sterowanie pasmem strumienia magnetycznego i momentu obrotowego w celu kontrolowania stanu przełączania falownika.
Przetwornice matrycowe charakteryzują się szybką reakcją momentu obrotowego (<2ms), high speed accuracy (±2%, without PG feedback), and high torque accuracy (<+3%); they also have high starting torque and high torque accuracy, especially at low speeds (including zero speed), where they can output 150% to 200% torque.