什么叫变频器?变频器基本工作原理
一.什么叫变频器?
变频器又称为变流器（Inverter），它是将电压值固定的直流电，转换为频率及电压有效值可变的装置，在工业上被广泛使用，如不断电系统、感应电动机与交流伺服电动机的调速驱动等。变频器之功能为将直流输入电压转换为所需之大小与频率之交流输出电压。若其直流输入电压为定值，则称为电压源型变频器(Voltage Source Inverter, VSI)；若直流输入电流维持定值，则称为电流源型变频器(Current Source Inverter, CSI)。
二.变频器基本原理
变频器它的输出电力控制方法有PAM方式与PWM方式两种。
PAM(Pulse Amplitude Modulation)，由电源电压变换振幅而进行控制输出功率的方式，所以在变频器部位，只有控制频率，变流器控制输出电压。在闸流体变频器场合，因转流时间为100～数百μs，闸流体高频切换很难，其次是因为PWM控制困难，在该变频器部位的控制频率采用PAM 方式，如图 1.1所示依PAM电压调整时之输出电压波形，电压高和电压低的情形。
图 1.1 PAM电压调整
脉波宽度调变(Pulse-width Modulation, PWM)，在输出波形中作成多次之切割，经由改变电压脉波宽度而达成输出电压之改变，如图1.2所示。依PWM变频器的电压调整原理，图(A)为三角载波与正弦波型的信号波。图(B)和图(C)为所对应之波宽调变波形及输出信号波之振幅。振幅相同、脉波宽度不同、可获得调整变化之正弦波的输出波形。
图 1.2 PWM电压调整
图1.3为三相变频器主电路之基本结构，其中前级由三相全波整流器组成，三相电源由L1 L2 L3输入，其直流输出电压经过电感L及电容C之滤波后，可获得几近无涟波之直流电压VDC。变频器之后级由六个电力电子组件组成，其输出端为U V W，此六个组件的导通与关闭时间可利用正弦式脉波宽度调变(Sinusoidal Pulse-width Modulation, SPWM)技术加以控制，SPWM是由一正弦波参考信号与较高频三角形载波相比较而产生，同图1.2所示，参考信号之频率决定变频器输出电压频率，而参考信号之峰值则控制了输出电压之有效值。而每半周期之脉波数目P则依据载波频率而定。SPWM方式可消除输出电压中所有低于或等于2P-1阶之谐波。
图1.3 三相变频器主电路结构
在理想的情况下，图1.3同相输出之上下开关，其 PWM 波形应是互补的，也就是上开则下关，上关则下开。但由于功率组件的截止(turn-off)时间，通常大于导通(turn-on)时间，因此必须于上下开关的PWM 讯号之间加入一段延迟时间，以防止短路的情况发生。此延迟时间的设定主要根据的功率组件的截止时间而定，通常设为截止时间的2~3倍。
三．变频调速系统的效率与损耗
1、变频器的效率
交-直-交变频器的损耗由三部分组成，整流损耗(包括电容损耗)40%：逆变损耗50%；控制回路损耗10%。前两项随变频器的容量、负荷、结构不同而变化，控制回路损耗与其它因素无关。额定状态运行时，效率84.6%~96%,功率越大效率越高，高压变频器效率可达98%。
变频器与各种环境条件的关系： IPC
PLC
RS232C
RS485
SB41变频器一 变频器
二上位机PLC 控制方案
2、输出端连接的电缆长度有限制。
对于一些特殊应用场合，如环境温度高，海拔大于1000米等。
（1）变频器与海拔高度的关系：1000米以上，每升高100m降容1%,最大不超过4000m
（2）变频器与环境温度的关系:40度时因温差减小造成散热条件变差，高于40度时，每升高一度时降容2.5%,最高环境温度不应超过55度。
四．如果要正确的使用变频器, 必须认真地考虑散热的问题。
变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。使用寿命随温度升高而成指数的下降。环境温度升高10度，变频器使用寿命减半。因此，我们要重视散热问题啊！发热量的近似值＝变频器容量（KW）×55 [W]，变频器的发热主要来自于IGBT， IGBT的发热有集中在开和关的瞬间。因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。有的厂家宣称降低开关频率可以扩容，就是这个道理。
采用变频器运转时，电机的起动电流、起动转矩怎样？
采用变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下(根据机种不同，为125%~200%)。用工频电源直接起动时，起动电流为6~7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可以平滑地起动(起动时间变长)。起动电流为额定电流的1.2~1.5倍，起动转矩为70%~120%额定转矩；对于带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为100%以上，可以带全负载起动。
通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。--软启动
五．改变频率和电压是最优的电机控制方法
异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。
V/f模式是什么意思？
频率下降时电压V也成比例下降。V与f的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的，通常在控制器的存储装置（ROM）中存有几种特性，可以用开关或标度盘进行选择
例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从400V改变到约200V。
给所使用的电机装置设速度检出器（PG），将实际转速反馈给控制装置进行控制的，称为“闭环”，不用PG运转的就叫作“开环”。
其他：变频器干扰常见途径
1.1、空中辐射方式
