變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。變頻器靠?jī)?nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。

變頻器的工作原理

概述

主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類

電壓型：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路

整流器

大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。

平波回路

在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波回路。

逆變器

同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時(shí)間使6個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為例示出開關(guān)時(shí)間和電壓波形。

控制電路是給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”組成。

1、運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。

2、電壓、電流檢測(cè)電路：與主回路電位隔離檢測(cè)電壓、電流等。

3、驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。

4、速度檢測(cè)電路：以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測(cè)器（tg、plg等）的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。

5、保護(hù)電路：檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞

變頻器應(yīng)用時(shí)的九大問題

1、信號(hào)線及控制線應(yīng)選用屏蔽線，這樣對(duì)防止干擾有利。當(dāng)線路較長(zhǎng)時(shí)，例如距離躍100m，導(dǎo)線截面應(yīng)放大些。信號(hào)線及控制線不要與動(dòng)力線放置在同一電纜溝或橋架中，以免相互干擾，最好穿管放置，這樣更合適。

2、傳輸信號(hào)以選用電流信號(hào)為主，因電流信號(hào)不容易衰減，亦不容易受干擾。實(shí)際應(yīng)用中傳感器輸出的信號(hào)是電壓信號(hào)，可以通過變換器將電壓信號(hào)變換成電流信號(hào)。

3、變頻器閉環(huán)控制一般都是正作用的，即輸入信號(hào)大，輸出量亦大（例如中央空調(diào)制冷工作時(shí)及一般壓力、流量、溫度等控制時(shí)）。但亦有反作用的，即輸入信號(hào)大，輸出量反?。ɡ缰醒肟照{(diào)在制熱工作時(shí)以及供熱站的取暖熱水泵）。閉環(huán)控制如圖1所示。

4、在閉環(huán)控制時(shí)能選用壓力信號(hào)的，就不要選用流量信號(hào)。這是因?yàn)閴毫π盘?hào)傳感器價(jià)格低，安裝容易，工作量小，調(diào)試方便。但工藝過程有流量配比要求的，且要求精確時(shí)，那就必須選用流量控制器，并根據(jù)實(shí)際的壓力、流量、溫度、介質(zhì)、速度等來選用合適的流量計(jì)（例如電磁式、靶式、渦街式、孔板式等）。

5、變頻器內(nèi)置的PLC、PID功能適合用于信號(hào)變動(dòng)量較小、較穩(wěn)定的系統(tǒng)。但由于內(nèi)置的PLC、PID功能在工作時(shí)只調(diào)時(shí)間常數(shù)，所以難以得到較為滿意的過度過程要求，而且調(diào)試比較費(fèi)時(shí)。

另外這種調(diào)節(jié)不是智能的，故一般不經(jīng)常采用，而是選用外置的智能化的PID調(diào)節(jié)器。例如日本富士PXD系列、廈門安東等，十分方便。使用時(shí)只要設(shè)置SV（上限值），工作時(shí)有PV（運(yùn)行值）指示，又是智能化，保證具有最佳的過渡過程條件，使用較為理想。關(guān)于PLC，可按控制量的性質(zhì)、點(diǎn)數(shù)、數(shù)字量、模擬量、信號(hào)處理等要求，選用外置PLC的各種品牌，例如西門子的S7-400、S7-300、S7-200等。

6、信號(hào)變換器在變頻器外圍電路中亦被經(jīng)常用到，一般由霍爾元件加電子線路組成。按信號(hào)變換和處理方式可分為電壓變電流、電流變電壓、直流變交流、交流變直流、電壓變頻率、電流變頻率、一進(jìn)多出、多進(jìn)一出、信號(hào)疊加、信號(hào)分路等各種變換器。例如深圳的圣斯?fàn)朇E-T系列電量隔離傳感器/變送器，應(yīng)用十分方便。國(guó)內(nèi)類似產(chǎn)品不少，用戶可按需要自行選擇應(yīng)用。

7、變頻器在應(yīng)用時(shí)往往要配外圍電路，其方式常有：

（1）由自制繼電器等控制元件組成的邏輯功能電路；

（2）買現(xiàn)成的單元外置電路（例如日本三菱公司的）；

（3）選用簡(jiǎn)易可編程控制器LOGO（國(guó)外、國(guó)內(nèi)都有此產(chǎn)品）；

（4）使用變頻器不同功能時(shí)，可選用功能卡（例如日本三墾變頻器）；

（5）選用中小型可編程序控制器。

8、多臺(tái)水泵并聯(lián)恒壓供水（例如城市自來水廠的清水泵、中大型水泵站、供熱水中心站等）的變頻技術(shù)改造方案常見的有以下兩種。

按使用經(jīng)驗(yàn)，方案（1）節(jié)省初投資，但節(jié)能效果差。起動(dòng)時(shí)先起動(dòng)變頻器至50Hz后，再起動(dòng)工頻，后轉(zhuǎn)入節(jié)能控制。供水系統(tǒng)中只有采用變頻器拖動(dòng)的水泵，壓力略小些，系統(tǒng)存在湍流現(xiàn)象，有損耗。

方案（2）投資較大，但比方案（1）多節(jié)能20%，猿臺(tái)泵壓力一致，無(wú)湍流損耗，效果更佳。

9、多臺(tái)水泵并聯(lián)恒壓供水時(shí)采用信號(hào)串聯(lián)方式只用一個(gè)傳感器，其優(yōu)點(diǎn)如下。

（1）節(jié)省成本。只要一套傳感器及PID，如圖4所示。

（2）因只有一個(gè)控制信號(hào)，所以輸出頻率一致，即同頻率，這樣壓力亦一致，不存在湍流損耗。

（3）恒壓供水時(shí)，當(dāng)流量變化，泵的開動(dòng)臺(tái)數(shù)通過PLC控制隨之變化。最少時(shí)1臺(tái)，中等量時(shí)2臺(tái)，較大量時(shí)3臺(tái)。當(dāng)變頻器不工作停機(jī)時(shí)，電路（電流）信號(hào)是通路的（有信號(hào)流入，無(wú)輸出電壓、頻率）。

（4）更有利的是，因?yàn)橄到y(tǒng)只有一個(gè)控制信號(hào)，即使3臺(tái)泵投入不同，但工作頻率卻相同（即同步），壓力亦一致，這樣湍流損耗為零，亦即損耗最小，所以節(jié)電效果最佳。