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”。該設備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（DC）。然后再把直流電（DC）變換為三相或單相交流電（AC）。變頻器同時改變輸出頻率與電壓，也就是改變了電機運行曲線上的n0，使電機運行曲線平行下移。因此變頻器可以使電機以較小的啟動電流，獲得較大的啟動轉矩，即變頻器可以啟動重載負荷。變頻器具有調壓、調頻、穩壓、調速等基本功能，應用了現代的科學技術，價格昂貴但性能良好，內部結構復雜但使用簡單，所以不只是用于啟動電動機，而是廣泛的應用到各個領域，各種各樣的功率、各種各樣的外形、各種各樣的體積、各種各樣的用途等都有。隨著技術的發展，成本的降低，變頻器一定還會得到更廣泛的應用。

　　1 變頻器的工作原理變頻器分為 1 交---交型 輸入是交流，輸出也是交流將工頻交流電直接轉換成頻率、電壓均可控制的交流，又稱 直接式變頻器2 交—直---交型 輸入是交流，變成直流 再變成交流輸出將工頻交流電通過整流變成直流電，然后再把直流電變成頻率、電壓、均可控的交流電又稱為間接變頻器。多數情況都是交直交型的變頻器。2 變頻器的組成由主電路和控制電路組成主電路 由整流器 中間直流環節 逆變器 組成先看主電路原理圖三相工頻交流電 經過VD1 ~ VD6 整流后，正極送入到緩沖電阻RL中，RL的作用是防止電流忽然變大。經過一段時間電流趨于穩定后，晶閘管或繼電器的觸點會導通短路掉緩沖電阻RL ，這時的直流電壓加在了濾波電容CF1、CF2 上，這兩個電容可以把脈動的直流電波形變得平滑一些。由于一個電容的耐壓有限，所以把兩個電容串起來用。耐壓就提高了一倍。又因為兩個電容的容量不一樣的話，分壓會不同，所以給兩個電容分別并聯了一個均壓電阻R1、R2 ，這樣，CF1 和CF2 上的電壓就一樣了。繼續往下看，HL 是主電路的電源指示燈，串聯了一個限流電阻接在了正負電壓之間，這樣三相電源一加進來，HL就會發光，指示電源送入。接著，直流電壓加在了大功率晶體管VB的集電極與發射極之間，VB的導通由控制電路控制，VB上還串聯了變頻器的制動電阻RB，組成了變頻器制動回路。我們知道，由于電極的繞組是感性負載，在啟動和停止的瞬間都會產生一個較大的反向電動勢，這個反向電壓的能量會通過續流二極管VD7~VD12使直流母線上的電壓升高，這個電壓高到一定程度會擊穿逆變管V1~V6 和整流管VD1~VD6。當有反向電壓產生時，控制回路控制VB導通，電壓就會通過VB在電阻RB釋放掉。當電機較大時，還可并聯外接電阻。一般情況下“+”端和P1端是由一個短路片短接上的，如果斷開，這里可以接外加的支流電抗器，直流電抗器的作用是改善電路的功率因數。直流母線電壓加到V1~V6 六個逆變管上，這六個大功率晶體管叫IGBT ，基極由控制電路控制?？刂齐娐房刂颇橙齻€管子的導通給電機繞組內提供電流，產生磁場使電機運轉。例如：某一時刻，V1 V2 V6 受基極控制導通，電流經U相流入電機繞組，經V W 相流入負極。下一時刻同理，只要不斷的切換，就把直流電變成了交流電，供電機運轉。為了保護IGBT，在每一個IGBT上都并聯了一個續流二極管，還有一些阻容吸收回路。主要的功能是保護IGBT，有了續流二極管的回路，反向電壓會從該回路加到直流母線上，通過放電電阻釋放掉。變頻器主電路引出端子上圖就是變頻器控制電路的原理示意圖。上半部為主電路，下半部為控制電路。主要由控制核心CPU 、輸入信號、輸出信號和面板操作指示信號、存儲器、LSI電路組成。外接電位器的模擬信號經模數轉換將信號送入CPU，達到調速的目的。外接的開關量信號也經由與非門送入控制CPU。變頻器基礎原理知識 1.變頻器基礎 1： VVVF 是 Variable Voltage and Variable Frequency 的縮寫，意為改變電壓和改變頻率，也就是人們所說的變壓變頻。 2： CVCF 是 Constant Voltage and Constant Frequency 的縮寫，意為恒電壓、恒頻率，也就是人們所說的恒壓恒頻。 我們使用的電源分為交流電源和直流電源，一般的直流電源大多是由交流電源通過變壓器變壓，整流濾波后得到的。交流電源在人們使用電源中占總使用電源的95％左右。 無論是用于家庭還是用于工廠，單相交流電源和三相交流電源，其電壓和頻率均按各國的規定有一定的標準，如我國大陸規定，直接用戶單相交流電為220V，三相交流電線電壓為380V，頻率為50Hz，其它國家的電源電壓和頻率可能于我國的電壓和頻率不同，如有單相100V/60Hz，三相200V/60Hz等等，標準的電壓和頻率的交流供電電源叫工頻交流電。

　　通常，把電壓和頻率固定不變的工頻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），這個過程叫整流。 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）。 一般逆變器是把直流電源逆變為一定的固定頻率和一定電壓的逆變電源。對于逆變為頻率可調、電壓可調的逆變器我們稱為變頻器。 變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要是用在三相異步電動機調速用，又叫變頻調速器。對于主要用在儀器儀表的檢測設備中的波形要求較高的可變頻率逆變器，要對波形進行整理，可以輸出標準的正弦波，叫變頻電源。一般變頻電源是變頻器價格的15－－20倍。 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產品。使用變頻器的家電產品中，不僅有電機（例如空調等），還有熒光燈等產品。 用于電機控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。但用于熒光燈的變頻器主要用于調節電源供電的頻率。 汽車上使用的由電池（直流電）產生交流電的設備也以“inverter”的名稱進行出售。 變頻器的工作原理被廣泛應用于各個領域。例如計算機電源的供電，在該項應用中，變頻器用于抑制反向電壓、頻率的波動及電源的瞬間斷電。

　　2. 電機的旋轉速度為什么能夠自由地改變？ n = 60f/p（1-s） 　 n： 電機的轉速 f： 電源頻率 p： 電機磁極對數 s：電機的轉差率電機的轉速 = 60（秒）＊頻率（Hz）/電機的磁極對數 - 電機的轉差率 電機旋轉速度單位：每分鐘旋轉次數，rpm/min也可表示為rpm 電機的旋轉速度同頻率成比例 同步電機的轉差矩為0，同步電機的轉速 = 60（秒）*頻率（Hz）／電機的磁極對數 異步的轉速比同步電機的轉速低。 例如：4極三相步電機 60Hz時 低于 1，800 ［r/min］ 4極三相異步電機 50Hz時低于 1，500 ［r/min］ 本文中所指的電機為感應式交流電機，在工業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對數和頻率。 由電機的工作原理決定電機的磁極對數是固定不變的。由于電機的磁極對數1個磁極對數等于2極，電機的極數不是一個連續的數值（為2的倍數，例如極數為2，4，6），所以不適和改變該值來調整電機的速度。

　　變頻器常用的控制方式

　　1.非智能控制方式

　　在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f協調控制、轉差頻率控制、矢量控制、直接轉矩控制等。

　?。?）V/f控制

　　V/f控制是為了得到理想的轉矩-速度特性，基于在改變電源頻率進行調速的同時，又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。V/f控制變頻器結構非常簡單，但是這種變頻器采用開環控制方式，不能達到較高的控制性能，而且，在低頻時，必須進行轉矩補償，以改變低頻轉矩特性。

　　（2）轉差頻率控制

　　轉差頻率控制是一種直接控制轉矩的控制方式，它是在V/f控制的基礎上，按照知道異步電動機的實際轉速對應的電源頻率，并根據希望得到的轉矩來調節變頻器的輸出頻率，就可以使電動機具有對應的輸出轉矩。這種控制方式，在控制系統中需要安裝速度傳感器，有時還加有電流反饋，對頻率和電流進行控制，因此，這是一種閉環控制方式，可以使變頻器具有良好的穩定性，并對急速的加減速和負載變動有良好的響應特性。

　?。?）矢量控制

　　矢量控制是通過矢量坐標電路控制電動機定子電流的大小和相位，以達到對電動機在d、q、0坐標軸系中的勵磁電流和轉矩電流分別進行控制，進而達到控制電動機轉矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時間以及零矢量的作用時間，又可以形成各種PWM波，達到各種不同的控制目的。例如形成開關次數最少的PWM波以減少開關損耗［3］。目前在變頻器中實際應用的矢量控制方式主要有基于轉差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。

　　基于轉差頻率的矢量控制方式與轉差頻率控制方式兩者的定常特性一致，但是基于轉差頻率的矢量控制還要經過坐標變換對電動機定子電流的相位進行控制，使之滿足一定的條件，以消除轉矩電流過渡過程中的波動。因此，基于轉差頻率的矢量控制方式比轉差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改善。但是，這種控制方式屬于閉環控制方式，需要在電動機上安裝速度傳感器，因此，應用范圍受到限制。無速度傳感器矢量控制是通過坐標變換處理分別對勵磁電流和轉矩電流進行控制，然后通過控制電動機定子繞組上的電壓、電流辨識轉速以達到控制勵磁電流和轉矩電流的目的。這種控制方式調速范圍寬，啟動轉矩大，工作可靠，操作方便［4］，但計算比較復雜，一般需要專門的處理器來進行計算，因此，實時性不是太理想，控制精度受到計算精度的影響。

　?。?）直接轉矩控制

　　直接轉矩控制是利用空間矢量坐標的概念，在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩，通過檢測定子電阻來達到觀測定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復雜的變換計算，系統直觀、簡潔，計算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在開環的狀態下，也能輸出100%的額定轉矩，對于多拖動具有負荷平衡功能［5］。

　　（5）最優控制

　　最優控制在實際中的應用根據要求的不同而有所不同，可以根據最優控制的理論對某一個控制要求進行個別參數的最優化。例如在高壓變頻器的控制應用中，就成功的采用了時間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實現一定條件下的電壓最優波形。

　　（6）其他非智能控制方式

　　在實際應用中，還有一些非智能控制方式在變頻器的控制中得以實現，例如自適應控制、滑模變結構控制、差頻控制、環流控制、頻率控制等，限于篇幅，這里不再累述，有興趣的讀者可自行參閱有關文獻。

　　2.智能控制方式

　　智能控制方式主要有神經網絡控制、模糊控制、專家系統、學習控制等。在變頻器的控制中采用智能控制方式在具體應用中有一些成功的范例。

　　（1）神經網絡控制

　　神經網絡控制方式應用在變頻器的控制中，一般是進行比較復雜的系統控制，這時對于系統的模型了解甚少，因此神經網絡既要完成系統辨識的功能，又要進行控制。而且神經網絡控制方式可以同時控制多個變頻器，因此在多個變頻器級聯時進行控制比較適合。但是神經網絡的層數太多或者算法過于復雜都會在具體應用中帶來不少實際困難。

　?。?）模糊控制

　　模糊控制算法用于控制變頻器的電壓和頻率，使電動機的升速時間得到控制，以避免升速過快對電機使用壽命的影響以及升速過慢影響工作效率。模糊控制的關鍵在于論域、隸屬度以及模糊級別的劃分，這種控制方式尤其適用于多輸入單輸出的控制系統。

　?。?）專家系統

　　專家系統是利用所謂“專家”的經驗進行控制的一種控制方式，因此，專家系統中一般要建立一個專家庫，存放一定的專家信息，另外還要有推理機制，以便于根據已知信息尋求理想的控制結果。專家庫與推理機制的設計是尤為重要的，關系著專家系統控制的優劣。應用專家系統既可以控制變頻器的電壓，又可以控制其電流。

　　（4）學習控制

　　學習控制主要是用于重復性的輸入，而規則的PWM信號（例如中心調制PWM）恰好滿足這個條件，因此學習控制也可用于變頻器的控制中。學習控制不需要了解太多的系統信息，但是需要1~2個學習周期，因此快速性相對較差，而且，學習控制的算法中有時需要實現超前環節，這用模擬器件是無法實現的，同時，學習控制還涉及到一個穩定性的問題，在應用時要特別注意。

　　矢量變頻器的工作原理

　　矢量控制變頻器的基本原理是，通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉矩的目的。具體是將異步電動機的定子電流矢量分解為產生磁場的電流分量 （勵磁電流） 和產生轉矩的電流分量 （轉矩電流） 分別加以控制，并同時控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。由于矢量控制可以使得變頻器根據頻率和負載情況實時的改變輸出頻率和電壓，因此其動態性能相對完善?？梢詫D矩進行精確控制;系統響應快;調速范圍廣;加減速性能好等特點。在對轉矩控制要求高的場合，以其優越的控制性能受到用戶的贊賞。

　　現在許多新型的通用型變頻器也具備了矢量控制功能，只是在參數設定時要求輸入完整的電機參數。因為矢量控制是以電機的參數為依據，因此完整的電機參數就顯得尤其重要，以便變頻器能有效的識別電機，很好的對電機進行控制。