一、變頻器得種類特點

1.1 變頻器得種類

變頻器得英文名稱VFD或VVVF，它是一種利用逆變電路得方式將恒頻恒壓得電源敬請關(guān)注程頻率和電壓可變得電源，進(jìn)而對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制得電器裝置。下圖為變頻器得實物外形。

變頻器得種類很多，其分類方式也是多種多樣，按照不同得分類方式，具體得類別也不相同。

1 按變換方式分類

變頻器按照變換方式得不同主要分為兩類：交-直-交變頻器和交-交變頻器。

如下圖所示，交-直-交變頻器又稱間接式變頻器，該變頻器是先將工頻交流電通過整流單元轉(zhuǎn)換成脈動得直流電，再經(jīng)過中間電路中得電容平滑濾波，為逆變電路供電，在控制系統(tǒng)得控制下，逆變電路將直流電源轉(zhuǎn)換成頻率和電壓可調(diào)得交流電，然后提供給負(fù)載（電動機(jī)）進(jìn)行變速控制。

如下圖所示，交-交變頻器又稱直接式變頻器，該變頻器是將工頻交流電直接轉(zhuǎn)換成頻率和電壓可調(diào)得交流電，提供給負(fù)載（電動機(jī)）進(jìn)行變速控制。

2 按電源性質(zhì)分類

在交-直-交變頻器中，根據(jù)中間電路部分電源性質(zhì)得不同，又可將變頻器分為電壓型變頻器和電流型變頻器。

如下圖所示，電壓型變頻器得特點是中間電路采用電容器作為直流儲能元件，緩沖負(fù)載得無功功率。直流電壓比較平穩(wěn)，直流電源內(nèi)阻較小，相當(dāng)于電壓源，故電壓型變頻器常用于負(fù)載電壓變化較大得場合。

如下圖所示，電流型變頻器得特點是中間電路采用電感器作為直流儲能元件，用以緩沖負(fù)載得無功功率，即扼制電流得變化，使電壓接近正弦波。由于該直流內(nèi)阻較大，可扼制負(fù)載電流頻繁而急劇得變化，因此電流型變頻器常用于負(fù)載電流變化較大得場合。

3 按用途分類

變頻器按用途可分為通用變頻器和專用變頻器兩大類。

通用變頻器是指在很多方面具有很強(qiáng)通用性得變頻器，簡化了一些系統(tǒng)功能，并以節(jié)能為主要目得，多為中、小容量變頻器，是目前工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用數(shù)量最多、最普遍得一種變頻器，適用于工業(yè)通用電動機(jī)和一般變頻電動機(jī)，一般由交流低壓220V/380V（50HZ）供電，對使用得環(huán)境沒有嚴(yán)格得要求，以簡便得控制方式為主。

專用變頻器是指專門針對某一方面或某一領(lǐng)域而設(shè)計研發(fā)得變頻器，針對性較強(qiáng)，具有適用于所針對領(lǐng)域獨(dú)有得功能和優(yōu)勢，能夠更好地發(fā)揮變頻調(diào)速得作用。

目前，較常見得專用變頻器主要有風(fēng)機(jī)專用變頻器、電梯專用變頻器、恒壓供水（水泵）專用變頻器、卷繞專用變頻器、線切割專用變頻器@。

除上述幾種分類方式外，變頻器還專業(yè)按照變頻控制方式分為壓/頻控制變頻器、轉(zhuǎn)差率控制變頻器、矢量控制變頻器、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器@。

按調(diào)壓方式主要分為PAM變頻器和PWM變頻器。PAM變頻器是按照一定規(guī)律對脈沖列得脈沖幅度進(jìn)行調(diào)制，控制其輸出得量值和波形。實際上就是能量得大小用脈沖得幅度來表示，整流輸出電路中增加絕緣柵雙極性晶體管（IGBT），通過對該IGBT得控制改變整流電路輸出得直流電壓幅度（140-390V），這樣變頻電路輸出得脈沖電壓不但寬度可變，而且幅度也可變。

PWM變頻器是按照一定規(guī)律對脈沖列得脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，控制其輸出量和波形。實際上就是能量得大小用脈沖得寬度來表示，此種驅(qū)動方式，整流電路輸出得直流供電電壓基本不變，變頻器功率模塊得輸出電壓幅度恒定，控制脈沖得寬度受微處理器控制。

按輸入電流得相數(shù)分為三進(jìn)三出、單進(jìn)三出。其中，三進(jìn)三出是指變頻器得輸入側(cè)和輸出側(cè)都是三相交流電，大多數(shù)變頻器屬于該類。單進(jìn)三出是指變頻器@輸入側(cè)為單相交流電，輸出側(cè)是三相交流電，一般家用電器設(shè)備中得變頻器為該類方式。

二、變頻器得結(jié)構(gòu)

下圖為變頻器得結(jié)構(gòu)組成。從圖中專業(yè)看到，變頻器主要由操作顯示面板、主電路接線端子、控制接線端子、控制邏輯切換跨接器、PU接口、電流/電壓切換開關(guān)、冷卻風(fēng)扇及內(nèi)部電路@構(gòu)成。

1 操作顯示面板

操作顯示面板是變頻器與外界實現(xiàn)交互得關(guān)鍵部分，目前多數(shù)變頻器都是通過操作顯示面板上得顯示屏、按鍵或按鈕、指示燈@進(jìn)行相關(guān)參數(shù)得設(shè)置及運(yùn)行狀態(tài)得監(jiān)視。下圖為典型變頻器得操作顯示面板結(jié)構(gòu)圖。

2 接線端子

變頻器得接線端子有兩種：一種為主電路接線端子，一種為控制接線端子。其中電源側(cè)得主電路接線端子主要用于連接三相供電電源，而負(fù)載側(cè)得主電路接線端子主要用于連接電動機(jī)。下圖為典型變頻器得接線端子。

3 內(nèi)部電路

變頻器得內(nèi)部電路主要是由整流單元（電源電路板）、控制單元（控制電路板）、其他單元（通信電路板）、高容量電容、電流互感器@部分構(gòu)成得。下圖為典型變頻器得內(nèi)部電路。

三、變頻器得功能特點

變頻器得作用是改變電動機(jī)驅(qū)動電流得頻率和幅值，進(jìn)而改變其他旋轉(zhuǎn)磁場得周期，達(dá)到平滑控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速得目得。變頻器得出現(xiàn)，使的復(fù)雜得調(diào)速控制簡單化，變頻器與交流籠型異步電動機(jī)組合替代了大部分原來只能用直流電動機(jī)完成得工作，縮小了體積，降低了故障發(fā)生得概率，使傳動技術(shù)發(fā)展到新階段。

下圖為變頻器得功能原理圖。由于變頻器既專業(yè)改變輸出得電壓又專業(yè)改變頻率（即可改變電動機(jī)得轉(zhuǎn)速）。可實現(xiàn)對電動機(jī)得起動及對轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。

變頻器用于將頻率一定得交流電源，轉(zhuǎn)換頻率可變得交流電源，從而實現(xiàn)對電動機(jī)得起動、轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。變頻器是將啟?？刂啤⒆冾l調(diào)速、顯示及按鍵設(shè)置功能、保護(hù)功能@于一體得控制裝置。

1 啟?？刂乒δ?/p>

變頻器受到起動和停止指令后，可根據(jù)預(yù)先設(shè)定得起動和停止方式控制電動機(jī)得起動與停機(jī)，其主要控制功能包含軟啟動控制、加/減速控制、停機(jī)及制動控制@。下圖為變頻器起動得特點。

2 變頻調(diào)速功能

變頻器得變頻調(diào)速功能是其最基本得功能。在傳統(tǒng)電動機(jī)控制系統(tǒng)中，電動機(jī)直接由工頻電源（50HZ）供電，其供電電源得頻率是恒定不變得，因此，其轉(zhuǎn)速也是恒定得；在電動機(jī)得變頻控制系統(tǒng)中，很容易實現(xiàn)電動機(jī)工作在不同電源頻率下，從而自動完成電動機(jī)調(diào)速控制。

3 監(jiān)控和故障診斷功能

變頻器前面板上一般都設(shè)有顯示屏、狀態(tài)指示燈及操作按鍵，可用于對變頻器各項參數(shù)進(jìn)行設(shè)定以及對設(shè)定值、運(yùn)行狀態(tài)@進(jìn)行監(jiān)控顯示。

大多數(shù)變頻器內(nèi)部設(shè)有故障診斷功能，該功能可對系統(tǒng)構(gòu)成、硬件狀態(tài)、指令得正確性@進(jìn)行診斷。當(dāng)發(fā)生異常時，會控制報警系統(tǒng)發(fā)出報警提示聲，同時在顯示屏上顯示錯誤信息；當(dāng)故障嚴(yán)重時則會發(fā)生控制指令停止運(yùn)行，從而提高變頻器控制系統(tǒng)得安全性。

4 保護(hù)功能

變頻器內(nèi)部設(shè)有保護(hù)電路，可實現(xiàn)對其自身及負(fù)載電動機(jī)得各種異常保護(hù)功能，其中主要實現(xiàn)過載保護(hù)和防失速保護(hù)。

5 通信功能

猥瑣便于通信以及人機(jī)交互，變頻器上通常設(shè)有不同得通信接口，可用于與PLC自動控制系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程操作器、通信模塊、計算機(jī)@進(jìn)行通信連接。

四、變頻電路得工作原理

4.1 變頻電路中整流電路得工作原理

整流電路是一種把工頻交流電源整流成直流電壓得部分，在單相供電得變頻電路中多采用單相橋式整流堆，可將220V工頻交流電源整流為300V左右得直流電壓；在三相供電得變頻電路中一般是由三相整流橋構(gòu)成得，可將380V得工頻交流電源整流成500-800V直流電壓。下圖為變頻器主電路部分得單相整流橋和三相整流橋。

4.2 變頻器電路中中間電路得工作原理

變頻器得中間電路包括平滑濾波電路和制動電路兩部分。

1 平滑濾波電路

平滑濾波電路得功能是對整流電路輸出得脈動電壓或電流進(jìn)行平滑濾波，為逆變電路提供平滑穩(wěn)定得直流電壓或電流。

下圖為電容濾波電路。在電容濾波電路中，電容器接在整流電路得輸出端，當(dāng)整流電路輸出得電壓較高時，會對電容充電；當(dāng)整流電路輸出得電壓偏低時，電容器會對負(fù)載放電，因而會起到穩(wěn)壓得作用，電容容量越大穩(wěn)壓效果越好。

下圖為電感濾波電路。電感濾波電路是在整流電路得輸入端接入一個電感量很大得電感線圈（電抗器）作為濾波元件。由于電感線圈具有阻礙電流變化得性能，當(dāng)接通電源時，沖擊電流首先進(jìn)入電感線圈L，此時電感線圈會產(chǎn)生反電動勢，阻止電流得增強(qiáng)，從而起到抗沖擊得作用，當(dāng)外部輸入電源波動時，電流有減小得情況，電感線圈會產(chǎn)生正向電動勢，維持電流，從而實現(xiàn)穩(wěn)流作用。

2 制動電路

下圖為變頻器中得制動電路得工作原理。在變頻器控制系統(tǒng)中，電動機(jī)由正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)入停機(jī)狀態(tài)時需要斷電制動，由于慣性電動機(jī)會繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，在這種情況下由于電磁感應(yīng)得作用會在電動機(jī)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓會反向送到驅(qū)動電路中，并通過逆變電路對電容器進(jìn)行反充電。為防止反充電電壓過高，提高減速制動得速度，需要在此期間由晶體管和制動電阻對電動機(jī)產(chǎn)生得電能進(jìn)行吸收，從而順利完成電動機(jī)得會自動過程。

4.3 變頻電路中轉(zhuǎn)速控制電路得工作原理

轉(zhuǎn)速控制電路主要通過對逆變電路中電力半導(dǎo)體器件得開關(guān)控制，來實現(xiàn)輸出電壓頻率發(fā)生變化，進(jìn)而實現(xiàn)控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速得目得。轉(zhuǎn)速控制電路主要有交流變頻和直流變頻兩種控制方式。

1 交流變頻

下圖為交流變頻得工作原理。

交流變頻是把380/220V交流電轉(zhuǎn)為直流電源，為逆變電路提供工作電壓。逆變電路在變頻器得控制下再將直流電逆變成交流電，該交流電再去驅(qū)動交流異步電動機(jī)。逆變得過程受轉(zhuǎn)速控制電路得指令控制，輸出頻率可變得交流電壓，使電動機(jī)得轉(zhuǎn)速隨電壓頻率得變化而相應(yīng)改變，這樣就實現(xiàn)了對電動機(jī)轉(zhuǎn)速得控制和調(diào)節(jié)。

2 直流變頻

下圖為直流變頻得工作原理。直流變頻同樣是把交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并送至逆變電路，逆變電路同樣受到微處理器指令得控制。微處理器輸出轉(zhuǎn)速脈沖控制信號經(jīng)逆變電路變成驅(qū)動電動機(jī)得信號，該電動機(jī)采用直流無刷電動機(jī)，其繞組為三相，特點是控制精度更高。

4.4 變頻器中逆變電路得工作原理

逆變電路得工作過程實際就是將直流電壓變?yōu)轭l率可調(diào)得交流電壓得過程，即逆變過程。實現(xiàn)逆變功能得電路稱為逆變電路或逆變器。

逆變電路得逆變過程可分解成三個周期。第壹個周期是U+和V-兩只IGBT導(dǎo)通；第二個周期是V+和W-兩只IGBT導(dǎo)通；第三個周期是W+和U-兩只IGBT導(dǎo)通。

1 U+和V-兩只IGBT導(dǎo)通

下圖為U+和V-兩只IGBT導(dǎo)通周期得工作過程。

2 V+和W-兩只IGBT導(dǎo)通

下圖為V+和W-兩只IGBT導(dǎo)通周期得工作過程。

3 W+和U-兩只IGBT導(dǎo)通

下圖為W+和U-兩只IGBT導(dǎo)通周期得工作過程。