1、什么是變頻器？
變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉矩計算的CPU以及一些相應的電路。變頻調速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調速的目的。
變頻技術是應交流電機無級調速的需要而誕生的。20世紀60年代以后，電力電子器件經歷了SCR（晶閘管）、GTO（門極可關斷晶閘管）、BJT（雙極型功率晶體管）、MOSFET（金屬氧化物場效應管）、SIT（靜電感應晶體管）、SITH（靜電感應晶閘管）、MGT（MOS控制晶體管）、MCT（MOS控制晶閘管）、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）、HVIGBT（耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管）的發(fā)展過程，器件的更新促進了電力電子變換技術的不斷發(fā)展。20世紀70年代開始，脈寬調制變壓變頻（PWM－VVVF）調速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代，作為變頻技術核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀80年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達國家的VVVF變頻器已投入市場并獲得了廣泛應用。
2、變頻器的分類
變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。
VVVF：改變電壓、改變頻率（Variable Voltage and Variable Frequency）的縮寫。
CVCF：恒電壓、恒頻率（Constant Voltage and Constant Frequency）的縮寫。
各國使用的交流供電電源，無論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率均為400V/50Hz或200V/60Hz（50Hz），等等。
通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。為了產生可變的電壓和頻率，該設備首先要把電源的交流電變換為直流電（DC）。
把直流電（DC）變換為交流電（AC）的裝置，其科學術語為“inverter”(逆變器)。由于變頻器設備中產生變化的電壓或頻率的主要裝置叫“inverter”，故該產品本身就被命名為“inverter”，即：變頻器
變頻器也可用于家電等領域。
用于電機控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。
3、 部分常用術語中英文對照
變頻器：inverter (日本常用)，AC Drive (歐美常用)，F(xiàn)requency Converter (歐州常用)
變流器 converters
整流 rectifying-rectification
整流器 rectifier
逆變 inverting-inversion
逆變器 inverter
轉矩脈動 torque pulsation
脈寬調制 (PWM) pulse width modulation
諧波 harmonic
矢量控制(VC) vector control
直接轉矩控制(DTC) direct torque control
四象限運行 Four quadrant operation
再生(制動) Regeneration
直流制動 d.c braking
漏電流 leak current
濾波器 filter
電抗器 reactor
電位器 potentiometer
編碼器encoder, PLG (pulse generator)
定子 stator
轉子 rotor
4、變頻器和軟啟動器
變頻器：變頻變壓。主要作用是調速，節(jié)能和軟起動。
軟啟動器：僅改變電壓。主要作用是降低起動電流和沖擊。
本講討論變頻器的基本運行原理。
1、電機的旋轉速度為什么能夠自由地改變？
1: r/min
電機旋轉速度單位：每分鐘旋轉次數(shù)，也可表示為rpm.
例如：4極電機 60Hz 1,800 [r/min]
4極電機 50Hz 1,500 [r/min]
2、電機的旋轉速度同頻率成比例
本文中所指的電機為感應式交流電機，在工業(yè)領域所使用的大部分電機均為此類型電機。
感應式交流電機（以后簡稱為電機）的旋轉速度近似地確決于電機的極數(shù)和頻率。
由電機的工作原理決定電機的極數(shù)是固定不變的。由于該極數(shù)值不是一個連續(xù)的數(shù)值（為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2，4，6），所以不適和改變該值來調整電機的速度。
另外，頻率是電機供電電源的電信號，所以該值能夠在電機的外面調節(jié)后再供給電機，這樣電機的旋轉速度就可以被自由的控制。
因此，以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機調速設備的優(yōu)選設備。
n = 60f/p
n: 同步速度
f: 電源頻率
p: 電機極數(shù)
3、改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機控制方法
如果僅改變頻率，電機將被燒壞。特別是當頻率降低時，該問題就非常突出。為了防止電機燒毀事故的發(fā)生，變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓。
例如：為了使電機的旋轉速度減半，變頻器的輸出頻率必須從60Hz改變到30Hz，這時變頻器的輸出電壓就必須從200V改變到約100V。
例如：為了使電機的旋轉速度減半，變頻器的輸出頻率必須從60Hz改變到30Hz，這時變頻器的輸出電壓就必須從200V改變到約100V。
當電機的旋轉速度改變時，其輸出轉矩會怎樣？
1: 工頻電源
由電網提供的動力電源（商用電源）
2: 起動電流
當電機開始運轉時，變頻器的輸出電流
變頻器驅動時的起動轉矩和最大轉矩要小于直接用工頻電源驅動，我們經常聽到下面的說法："電機在工頻電源供電時（*1）時，電機的起動和加速沖擊很大，而當使用變頻器供電時，這些沖擊就要弱一些"。如果用大的電壓和頻率起動電機，例如使用工頻電網直接供電，就會產生一個大的起動沖擊（大的起動電流 (*2) ）。而當使用變頻器時，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的，所以電機產生的轉矩要小于工頻電網供電的轉矩值。所以變頻器驅動的電機起動電流要小些。
通常，電機產生的轉矩要隨頻率的減小（速度降低）而減小。減小的實際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊中會給出說明。
通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機低速時轉矩的不足，甚至在低速區(qū)電機也可輸出足夠的轉矩。
當變頻器調速到大于60Hz頻率時，電機的輸出轉矩將降低，通常的電機是按50Hz(60Hz)電壓設計制造的，其額定轉矩也是在這個電壓范圍內給出的。因此在額定頻率之下的調速稱為恒轉矩調速. (T=Te, P<=Pe)
變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時，電機產生的轉矩要以和頻率成反比的線性關系下降。
當電機以大于60Hz頻率速度運行時，電機負載的大小必須要給予考慮，以防止電機輸出轉矩的不足。
舉例，電機在100Hz時產生的轉矩大約要降低到50Hz時產生轉矩的1/2。
因此在額定頻率之上的調速稱為恒功率調速. (P=Ue*Ie)
更正一下: 最后一段應全為"50Hz"
變頻器50Hz以上的應用情況
大家知道, 對一個特定的電機來說, 其額定電壓和額定電流是不變的.(我們先不考慮短時的過流過壓).
如變頻器和電機額定值都是: 15kW/380V/30A, 電機可以工作在50Hz以上
當轉速為50Hz時, 變頻器的輸出電壓為380V, 電流為30A. 這時如果增大輸出頻率到60Hz, 變頻器的最大輸出電壓電流還只能為380V/30A. 很顯然輸出功率不變. 所以我們稱之為恒功率調速.
這時的轉矩情況怎樣呢?
因為P=wT (w:角速度, T:轉矩). 因為P不變, w增加了, 所以轉矩會相應減小.
我們還可以再換一個角度來看:
電機的定子電壓 U = E + I*R (I為電流, R為電子電阻, E為感應電勢)
可以看出, U,I不變時, E也不變.
而E = k*f*X, (k:常數(shù), f: 頻率, X:磁通), 所以當f由50-->60Hz時, X會相應減小
對于電機來說, T=K*I*X, (K:常數(shù), I:電流, X:磁通), 因此轉矩T會跟著磁通X減小而減小.
同時, 小于50Hz時, 由于I*R很小, 所以U/f=E/f不變時, 磁通(X)為常數(shù). 轉矩T和電流成正比. 這也就是為什么通常用變頻器的過流能力來描述其過載(轉矩)能力. 并稱為恒轉矩調速(額定電流不變-->最大轉矩不變)
結論: 當變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時, 電機的輸出轉矩會減小.
其他和輸出轉矩有關的因素
載波頻率: 一般變頻器所標的額定電流都是以最高載波頻率, 最高環(huán)境溫度下能保證持續(xù)輸出的數(shù)值.
一般變頻器如果負載能力不夠, 大都是變頻器檢測到電流太大而報警
如果降低載波頻率, 但是電機的電流不會受到影響. 雖然元器件的發(fā)熱會減小,但我覺得這個量很難定量給出, 不同功率的也不同. 一般的廠商會在功率器件選型上留很大的裕量. 不大會因為你設定的載波頻率小了而把內部的電流保護水平放寬. 就向廠商不會因為檢測到周圍溫度比較低時就增大變頻器保護電流值.
海拔高度: 海拔高度增加, 對散熱和絕緣性能都有影響.一般1000m以下可以不考慮. 以上每1000米降容5%就可以了。
滬公網安備31010802001143號
