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(guān)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(zhuǎn)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 CVCF：恒電壓、恒頻率。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(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電（DC）。

用于電機控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。

1、按變換的環(huán)節(jié)分類：

可分為交-交變頻器，即將工頻交流直接變換成頻率電壓可調(diào)的交流，又稱直接式變頻器；交-直-交變頻器，則是先把工頻交流通過整流器變成直流，然后再把直流變換成頻率電壓可調(diào)的交流，又稱間接式變頻器，是目前廣泛應(yīng)用的通用型變頻器。

2、按直流電源性質(zhì)分類：

（1）電流型變頻器

電流型變頻器特點是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲能環(huán)節(jié)，緩沖無功功率，即扼制電流的變化，使電壓接近正弦波，由于該直流內(nèi)阻較大，故稱電流源型變頻器（電流型）。電流型變頻器的特點（優(yōu)點）是能扼制負(fù)載電流頻繁而急劇的變化。常選用于負(fù)載電流變化較大的場合。

（2）電壓型變頻器

電壓型變頻器特點是中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用大電容，負(fù)載的無功功率將由它來緩沖，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，故稱電壓型變頻器，常選用于負(fù)載電壓變化較大的場合。

此外，變頻器還可以按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分類，按控制方式分類，按主開關(guān)元器件分類，按輸入電壓高低分類。

變頻器的發(fā)展趨勢

變頻器是運動控制系統(tǒng)中的功率變換器。當(dāng)今的運動控制系統(tǒng)是包含多種學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域，總的發(fā)展趨勢是：驅(qū)動的交流化，功率變換器的高頻化，控制的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。因此，變頻器作為系統(tǒng)的重要功率變換部件，提供可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發(fā)展。

在進(jìn)入21世紀(jì)的今天，電力電子的基片已從Si（硅）變換為SiC（碳化硅），使電力電子新器件進(jìn)入到高電壓大容量化、高頻化、組件模塊化、微小型化、智能化和低成本化的時代，多種適宜變頻調(diào)速的新型電氣設(shè)備正在開發(fā)研制之中。IT技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及控制理論的不斷創(chuàng)新，這些與變頻器相關(guān)的技術(shù)將影響其發(fā)展的趨勢。

隨著市場的擴大和用戶端需求的多樣化，國內(nèi)變頻器產(chǎn)品的功能在不斷完善和增加，集成度和系統(tǒng)化越來越高，并且已經(jīng)出現(xiàn)某些專用變頻器產(chǎn)品。據(jù)了解，近年來，中國變頻器的市場保持著 12-15%的增長率，預(yù)計至少在未來5年內(nèi)將會保持10%以上的增長率。目前，中國市場上變頻器安裝容量（功率）的增長率實際上在20%左右，預(yù)計至少在10年以后，變頻器市場才能飽和并逐漸成熟。

1．智能化

智能化的變頻器安裝到系統(tǒng)后，不必進(jìn)行那么多的功能設(shè)定，就可以方便地操作使用，有明顯的工作狀態(tài)顯示，而且能夠?qū)崿F(xiàn)故障診斷與故障排除，甚至可以進(jìn)行部件自動轉(zhuǎn)換。利用互聯(lián)網(wǎng)可以遙控監(jiān)視，實現(xiàn)多臺變頻器按工藝程序聯(lián)動，形成最優(yōu)化的變頻器綜合管理控制系統(tǒng)。

2．專門化

根據(jù)某一類負(fù)載的特性，有針對性地制造專門化的變頻器，這不但有利于經(jīng)濟有效地控制負(fù)載的電動機，而且可以降低制造成本。例如：風(fēng)機、水泵用變頻器，起重機械專用變頻器，電梯控制專用變頻器，張力控制專用變頻器和空調(diào)專用變頻器等。

3．一體化

變頻器將相關(guān)的功能部件，如參數(shù)辨識系統(tǒng)、PID調(diào)節(jié)器、PLC控制器和通信單元等有選擇地集成到內(nèi)部組成一體化機，不僅使功能增強，系統(tǒng)可靠性增加，而且可有效縮小系統(tǒng)體積，減少外部電路的連接。據(jù)報道，現(xiàn)在已經(jīng)研制出變頻器和電動機的一體化組合機，使整個系統(tǒng)體積更小，控制更方便。

4．環(huán)保化

保護(hù)環(huán)境，制造“綠色”產(chǎn)品是人類的新理念。今后的變頻器將更注重于節(jié)能和低公害，即盡量減少使用過程中的噪聲和諧波對電網(wǎng)及其他電氣設(shè)備的污染干擾。

5、主電路功率開關(guān)元件的自關(guān)斷化、模塊化、集成化、智能化，開關(guān)頻率不斷提高，開關(guān)損耗進(jìn)一步降低。

6、變頻器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面：

變頻器的網(wǎng)側(cè)變流器對低壓小容量的裝置常采用6脈沖變流器，而對中壓大容量的裝置采用多重化12脈沖以上的變流器。負(fù)載側(cè)變流器對低壓小容量裝置常采用兩電平的橋式逆變器，而對中壓大容量的裝置采用多電平逆變器。對于四象限運行的傳動，為實現(xiàn)變頻器再生能量向電網(wǎng)回饋和節(jié)省能量，網(wǎng)側(cè)變流器應(yīng)為可逆變流器，同時出現(xiàn)了功率可雙向流動的雙PWM變頻器，對網(wǎng)側(cè)變流器加以適當(dāng)控制可使輸入電流接近正弦波，減少對電網(wǎng)的公害。目前，低、中壓變頻器都有這類產(chǎn)品。

7、脈寬調(diào)制變壓變頻器的控制方法可以采用正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）控制、消除指定次數(shù)諧波的PWM控制、電流跟蹤控制、電壓空間矢量控制（磁鏈跟蹤控制）。

8、交流電動機變頻調(diào)整控制方法的進(jìn)展主要體現(xiàn)在由標(biāo)量控制向高動態(tài)性能的矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制發(fā)展和開發(fā)無速度傳感器的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)方面。

9、微處理器的進(jìn)步使數(shù)字控制成為現(xiàn)代控制器的發(fā)展方向：運動控制系統(tǒng)是快速系統(tǒng)，特別是交流電動機高性能的控制需要存儲多種數(shù)據(jù)和快速實時處理大量信息。近幾年來，國外各大公司紛紛推出以DSP（數(shù)字信號處理器）為基礎(chǔ)的內(nèi)核，配以電機控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內(nèi)的稱為DSP單片電機控制器，價格大大降低，體積縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，使用便捷，可靠性提高。DSP和普通的單片機相比，處理數(shù)字運算能力增強10～15倍，以確保系統(tǒng)有更優(yōu)越的控制性能。

數(shù)字控制使硬件簡化，柔性的控制算法使控制具有很大的靈活性，可實現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律，使現(xiàn)代控制理論在運動控制系統(tǒng)中應(yīng)用成為現(xiàn)實，易于與上層系統(tǒng)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，便于故障診斷加強保護(hù)和監(jiān)視功能，使系統(tǒng)智能化（如有些變頻器具有自調(diào)整功能）。

10、交流同步電動機已成為交流可調(diào)傳動中的一顆新星，特別是永磁同步電動機，電機獲得無刷結(jié)構(gòu)，功率因數(shù)高，效率也高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速嚴(yán)格與電源頻率保持同步。同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)有他控變頻和自控變頻兩大類。自控變頻同步電機在原理上和直流電機極為相似，用電力電子變流器取代了直流電機的機械換向器，如采用交—直—交變壓變頻器時叫做“直流無換向器電機”或稱“無刷直流電動機（BLDC）”。

傳統(tǒng)的自控變頻同步機調(diào)速系統(tǒng)有轉(zhuǎn)子位置傳感器，現(xiàn)正開發(fā)無轉(zhuǎn)子位置傳感器的系統(tǒng)。同步電機的他控變頻方式也可采用矢量控制，其按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制比異步電機簡單。

總之，變頻器技術(shù)的發(fā)展趨勢是朝著智能、操作簡便、功能健全、安全可靠、環(huán)保低噪、低成本和小型化的方向發(fā)展。

審核編輯：湯梓紅

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