变频器工作原理

变频器的工作原理与控制方式

变频器（Variable Frequency Drive，缩写为VFD），又称为交流调速器（AC Drive），是一种用于调节交流电机转速的电子装置。它通过改变输入电压的频率和幅值来控制电机的转速。变频器工作原理主要涉及开关技术、PWM调制技术、电机驱动理论等方面内容，下面将详细介绍。

一、变频器的工作原理

1.开关技术

变频器利用开关电子器件（如晶体管、IGBT等）来实现对输入电源的开关控制。通过不断开关电路，形成等效于几十千赫兹至几千千赫兹的高频方波，从而形成理想的正弦波输出。

2.PWM调制技术

PWM（Pulse Width Modulation）调制技术是指通过改变开关装置的导通时间和关断时间，以一定占空比形式控制开关管工作的方式。在变频器中，PWM技术可以实现加减压、变频和控制电机的转速。

3.电机驱动理论

变频器通过改变输入电压的频率和幅值来调节电机的转速。在工作过程中，通过改变开关器件导通时间和关断时间，将输入电压的频率调节到所需的频率范围，实现对电机转速的精准控制。

二、变频器的控制方式

1.V/f控制方式 V/f控制方式（Voltage/frequency ratio control）是一种常用的变频器控制方式。它通过传感器检测电机当前的转速，并根据转速信号和预设的转速曲线进行比较，计算所需输出频率，并根据预设的V/f比值进行控制，实现对电机速度的调节。

2.向量控制方式

向量控制方式（Vector Control）又称矢量控制方式，是一种高性能的变频器控制方式。它通过传感器检测电机当前的转速、转矩和位置等信息，并根据这些信息进行精确计算和控制，实现对电机速度、转矩和位置等的准确控制。

3.矢量控制方式

矢量控制方式（Direct Torque Control，缩写为DTC）是一种高性能的变频器控制方式。它通过传感器检测电机当前的转速、转矩等信息，并根据转速、转矩的变化率进行预测和计算，在每个采样周期内调节电机的转速和转矩，实现对电机的精确控制。

学号：********

东营科技职业学院毕业论文（设计）

变频器的工作原理及应用

陈尧

机电工程系： 荣红梅

机电工程系

专业名称： 电气自动化

论文提交日期：2015.3.31

论文答辩日期：2014.4.12

论文评阅人：

东 营 科 技 职 业 学 院

毕 业 设 计（论 文）任 务 书

机电工程系院（系）2012级电气自动化专业 姓名 陈尧

题目：变频器的工作原理及应用

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

1．设计(论文)课题要求：本论文要求广泛搜集相关研究资料，并进行深入对比分析。在撰写毕业论文有一定的学术性，一定的创见性，具有科学性，做到观点正确、论据充分、推理严密；层次分明、条理清楚、语言简练。论文主要在以下几个方面展开论述：

(1)根据变频器工作原理及应用的要求，初步拟定变频器的工作原理、控制线路、实际应用、检测维修方案等，针对变频器工作原理图进行总体设计。

(2)按照模块化的设计方法，将变频器的工作原理分为变频器的功能作用、变频器的基本组成、给定方式、控制方式四个部分，分别对各个结构的关键部件进行分析，针对变频器工作原理及运用进行总体论述。

2．文献查阅要求： 在查阅相关参考文献时，首先要分析研究课题，明确查阅要求，其次选择合适的检索工具和检索方法；利用检索工具查找文献线索，了解馆藏情况，获取原始文献；最终要把检索到文献认真地加以筛选、消化和吸收，变为可用的活资料。

完成期限：自2015年3月31日至2015年4月12日

指导教师：荣红梅 教研室主任：

系主任: 张震 2015年4月 12日

摘 要

随着现代科学技术的飞速发展，变频器的使用越来越广泛，不管是在工业设备还是家用电器设备都会用到变频器，普通的三相异步电动机，加装变频器可实现调速功能。从而达到节能和保护机械设备的作用。

高压变频器工作原理

高压变频器（在国外称中压变频器）自上个世纪九十年代中期开始在国内推广，经过十年的发展，今天已经普遍为市场所接受，估计今年的市场容量在10亿到20亿元人民币之间。

本文将从产品技术和市场两方面分析高压变频器的特点。

一、高压变频器的产品和技术特点

上世纪八十年代到九十年代初，高压电机要实现调速，主要采用三种方式：

（1）液力耦合器方式。即在电机和负载之间串入一个液力耦合装置，通过液面的高低调节电机和负载之间耦合力的大小，实现负载的速度调节；

（2）串级调速。串级调速必须采用绕线式异步电动机，将转子绕组的一部分能量通过整流、逆变再送回到电网，这样相当于调节了转子的内阻，从而改变了电动机的滑差；由于转子的电压和电网的电压一般不相等，所以向电网逆变需要一台变压器，为了节省这台变压器，现在国内市场应用中普遍采用内馈电机的形式，即在定子上再做一个三相的辅助绕组，专门接受转子的反馈能量，辅助绕组也参与做功，这样主绕组从电网吸收的能量就会减少，达到调速节能的目的。

（3）高低方式。由于当时高压变频技术没有解决，就采用一台变压器，先把电网电压降低，然后采用一台低压的变频器实现变频；对于电机，则有两种办法，一种办法是采用低压电机；另一种办法，则是继续采用原来的高压电机，需要在变频器和电机之间增加一台升压变压器。上述三种方式，发展到目前都是比较成熟的技术。液力耦合器和串级调速的调速精度都比较差，调速范围较小，维护工作量大，液力耦合器的效率相比变频调速还有一定的差距，所以这两项技术竞争力已经不强了。至于高低方式，能够达到比较好的调速效果，但是相比真正的高压变频器，还有如下缺点：效率低，谐波大，对电机的要求比较严格，功率较大时（500KW以上），可靠性较低。高低方式的主要优势在于成本较低。

目前，主流的高压变频器产品主要有三种类型： (1) 电流源型。

变频器工作原理35条

来源：网络 时间：2009-03-02

变频器工作原理

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元驱动单元、检测单元、微处理单元等组成的。

1. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？

*1: r/min

电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm.

例如：2极电机 50Hz 3000 [r/min]

4极电机 50Hz 1500 [r/min]

结论：电机的旋转速度同频率成比例

本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业中所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以一般不适和通过改变该值来调整电机的速度。

另外，频率能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。

因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。

n = 60f/p

n: 同步速度 f: 电源频率

p: 电机极对数

结论：改变频率和电压是最优的电机控制方法

如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。

例如：为了使电机的旋转速度减半，把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz，这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V

2. 当电机的旋转速度（频率）改变时，其输出转矩会怎样？

*1: 工频电源

由电网提供的动力电源（商用电源）

*2: 起动电流

当电机开始运转时，变频器的输出电流

变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动