一. 概述 1.变频器概念 所谓变频器，说得通俗一点就是一台电源变换设备，其自身并不消耗能量 （损耗除外）。变压器也是一台电源变换设备，其自身也不消耗能量 （损耗除外）。变压器是改变电源电压的设备，并不改变电源的频率。变频器与变压器不同，变频器是改变电源频率的设备。但是我们这里所提到的变频器，是专门为需要调速的三相交流异步电动机提供电源的。因此，这种变频器有其本身的特点。 三相交流异步电动机电磁关系为 其中： E1—为定子每相绕组的感应电动势 Φm—为定子每个磁极的磁通量 f1—为定子供电电源的频率 k1W1—为定子每相绕组的等效匝数 从上面公式可知，对一台其电源额定值为380V 50Hz（50Hz称为基底频率）的电动机来说，当变频器的输出频率由50Hz向下改变时，为了能维持电动机正常运行，变频器的输出电压也须相应改变。 例如，当变频器的输出频率由50Hz 改变到25Hz时，变频器的输出电压也应由380V改变到190V（实际上由于其他原因变频器的输出电压应大于190V），否则电动机就会因为磁饱和引起激磁电流过大而过热。变频器的输出频率由基底频率（50Hz）向下改变这一段称为恒转矩特性段，又称为恒磁通控制段。当变频器的输出频率由50Hz向上改变时，变频器的输出电压仍维持在380V，这是因为变频器的输出电压不可能超过电网电压。变频器的输出频率由基底频率（50Hz）向上改变这一段称为恒功率特性段，又称为弱磁控制段。在向交流异步电动机提供电源时，变频器在改变其输出频率的同时，也必须控制其输出电压作相应地改变，这就是变频器输出中电压和频率的协调控制，或称变频器输出的压频特性，简称为变频器的V/F特性或模式。 由于改变电源的频率很困难，频率和电压又要协调控制，又要具有很多保护和其他功能，所以变频器的结构远比变压器复杂得多，价格也昂贵得多。价格原因了给变频器的推广应用带来一定的困难。 2.变频器的分类 变频器的分类方法很多。 ⑴按频率改变的方式分类 ①交—交变频器 将380V 50Hz交流电源直接转换成所需频率和电压的电源。交—交变频器又称为周波变换器。 ②交—直—交变频器 将380V 50Hz 交流电源首先转换成直流电源，然后再转换成所需频率和电压的电源。 交—直—交变频器又可根据中间环节分为： 电压源型变频器 中间环节由大电容器构成，其输出电压波形为脉冲调制波，其电流波形接近正统波。 电流源型变频器中间环节由大电感构成，其输出电压波形接近正弦波，输出电流波形为脉冲调制波． ⑵按输出电压调节方式分类 ①PAM方式即脉冲幅值调制方式(Pulse Amplitude Modulation)简称PAM方式。它通过整流单元的可控调压改变直流电压的幅值，通过逆变单元只改变输出电源的频率。由于采用可控整流，对网侧电源的干扰很大，而且功率因数也很低，目前很少采用。 ②正弦PWM方式脉冲宽度调制方式(Pulse Width Modulation)简称PWM方式。PWM技术最初由西德人ASchonung和HStemmler在1964年提出，这是一门利用电力电子器件的开通和关断把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，以实现变频、变压、及控制和消除谐波为目的的一门技术。它在交流传动、不间断电源和有源滤波器中有广泛的应用。近来均采用较好的正弦脉冲宽度调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation)，简称SPWM。由于采用IGBT功率开关管，调制频率已由原来的2k左右提高到15k左右，大大降低了电动机运行时的电磁噪音及低频运行时的转矩脉动。SPWM的实现方法也很多，大致可分成三类： 电压正弦PWM方式 其基本原理是在相同区分的时间间隔内，正弦电压波形所围成的面积与此区间内的脉冲波所围成的面积相等。具体的实现可采用模拟电路、数字电路、单片机（或数字信号处理器）及专用大规模集成芯片（如HEF4752、MA818、ZPS101，MB63H110等）。 磁通正弦PWM方式（又称磁链跟踪控制方式） 即电压空间矢量SVPWM方式，它是从电机的角度出发，以三相正弦波电压供电时交流电动机的理想磁通轨迹园为基准，用变频器不同的开关模式去逼近园磁通并由它们决定逆变元器件的开通或关断，以形成PWM波形。在直接转矩控制系统中广泛采用这种方法。 电流正弦PWM方式（又称电流跟踪控制方式） 即滞环比较或无差拍控制。它实质上是电流反馈的数字化应用，过去模拟的Δ调制就属于这种。除了正弦PWM方式外，还有优化PWM方式和随机PWM方式。 ⑶按控制方式分类 ①V/f控制V/f控制又称VVVF控制．根据电动机的电磁特性，给电动机供电时，在改变其供电频率同时必须相应改变供电电压．也就是说，供电频率和供电压要协调控制，这就是所谓V/f协调控制,或称V/f模式．最简单最常用的V/f 控制就是恒磁通控制．这种控制方式属于开环控制。 ②转差频率控制这在不同的书中对“转差频率控制”这一概念有不同的理解。一是仅仅指转差频率补偿，即在输入电动机的额定功率、额定电压、额定电流、极数和额定转差率后，变频器的控制电路根据输出电压和输出电流的测得值可计算出电动机的负载大小和电动机的实际转速，从而适当提高变频器的输出频率，以维持电动机在负载变化时其实际转速基本不变。另一是指在输入上述电动机各参数后，不仅可以维持电动机在负载变化时其实际转速基本不变，还可以使电动机输出最大转矩而不过电流跳闸，即所谓＂转矩控制＂这里应是指后者。（这里的＂转矩控制＂又与下面将要提到＂直接转矩控制＂不同）。这种控制方式属于闭环控制，它是基于电动机稳态模型下电磁转矩与转差率成正比（磁通恒定）的一种控制方式。 ③磁通矢量控制上述两种控制方式均建立在电动机的静态数学模型基础上。虽然转差频率控制也能维持磁通和转矩不变，但由于其基本关系都是从稳态机械特性上推导出来的，没有考虑到电机电磁惯性的影响，所以动态转矩仍未能得到控制。而磁通矢量控制是建立在电动机的动态数学模型基础上，是基于交直流电动机统一理论分析基础上发展起来的。因此，电动机运行时的动态性能较好。矢量控制（Transvector Control）的概念首先在1971年由西德Blaschke等人提出，采用磁通矢量控制的目的主要是为了提高变频调速的动态性能乐鱼电竞。 ④直接转矩控制 直接转矩控制德文叫DSR（Direkte Selb-stregelung）,英文叫DSC(Direct Self-Control)，现在一般叫DTC(Direct Torque Control) 。它将转子磁场定向改为定子磁场定向，因而对电动机参数的依赖性大大减少。其主要缺点是低频运行时，转矩脉动较大，这主要是由于电动机运行一般时间后，定子电阻变化较大，乐鱼电竞使定子磁场估算不准。 ⑷按主开关器件分类 ①SCR变频器即可控硅变频器，其开关变率很低，而且SCR本身没有换流能力，需强迫换流．现在已基本被淘汰。 ② GTO变频器即可关断可控硅变频器，其开关频率在1k左右也不高，而且换流电流较大，目前主要用在大容量或高压大容量变频器上。 ③BJT(GTR)变频器即大功率晶体管变频器，其开关频率可达2k左右。目前市场上还可以买到这种变频器，但已为数不多。 ④IGBT（IPM）绝缘栅双极性晶体管（智能功率模块），其开关频率可达15k左右。由于其开关频率很高，因而可以大大提高变频器的调制频率（产品的调制频率一般在3k—14.5k）。目前市场上出售的大多数变频器均属于这类产品。 二.变频器的技术指标与应用 1.变频器的主要技术指标 变频器是向需要进行调速的三相交流异步电动机提供频率与电压均可变的电源设备，因此变频器的性能指标应能满足电动机的调速要求。我们关心的变频器的主要技术指标如下 ⑴变频器的输入电源的电压和频率。 对我国来说，就是380V 50Hz。所以一般在我国销售的外国变频器产品都毫无例外的将其产品对输入电源的要求改为与我国的三相电源规范一致。 ⑵变频器的连续额定输出电流。 这是决定变频器容量大小的主要依据（后面要提到），为需要调速的电动机选用变频器时，一定要使电动机的额定电流小于变频器的连续额定电流并留有一定裕量。 ⑶变频器过负荷能力。 一般变频器的过负荷能力均为150% 1分钟或200% 30秒，好一些产品过负荷能力可过到200% 1 分钟。变频器的过负荷能力不仅反应在设计变频器时所采用控制方式的优劣，也反应主要开关元件正常使用时所保留的裕量。 ⑷变频器的输出频率范围。 通用变频器的频率调节范围一般为0-120Hz 或0-400Hz。乐鱼电竞 ⑸变频器的载频频率范围。 又称调制频率或开关频率。现在市场上销售的变频器属第三代产品，其采用的开关元件为IGBT(绝缘栅双极性晶体管)或IPM（智能功率模块），其开关频率最高可达15kHz。从开关频率的大小可看出该变频器是采有何种开关元件？大功率晶体管（GTR）的开关频率只能达到2k左右，绝缘栅双极性晶体管（IGBT）的开关频率可达15k左右。 ⑹加减速时间范围。 目前市场上出售的变频器的加减速时间范围大致都在0-3600秒。有的变频器还设有第二加减速时间，甚至第三加减速时间。 ⑺再生制动力矩。 电动机在制动过程（再生发电运行过程）中，电动机要将其机械能转换成电能回馈给电网。在用变频器驱动电动机时，一般交—直—交变频器本身不能将再生制动的能量回馈给电网，只能靠变频器本身的中间环节大电容或大电感吸收，但这是有限的。所以仅依靠变频器的中间环节提供制动力矩有限，一般仅能提供15%-20%的制动力矩。有的变频器产品，如三菱FR—A200系列和富士FVRE9S系列，容量在7.5Kw 以下时，内部自带制动单元，制动力矩可达100—200%。不自带制动单元的变频器，其制动力矩只能在15—20%。乐鱼电竞 ⑻变频器的控制方式。 为了能适应各种不同运行工况，现在的变频器通常都具有几种控制方式以供选择。一般变频器都具有V/F控制方式和矢量控制方式。ABB公司的ACS600系列变频器还具有直接转矩控制方式，这在目前我国市场上销售的产品中，还是独一无二的。国内生产的变频器，具有矢量控制方式的还不多
