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變頻器的使用方法及發展方向
變頻器原理（英文Variable-frequency Drive，簡稱VFD）是應用變頻技術與微電子技術的原理，通過改變電機工作電源頻率的方式來控制交流電動機的電力控制設備。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。
基礎原理編輯 播報控制方式
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。
VVC的控制原理
在VVC中，控制電路用一個數學模型來計算電機負載變化時最佳的電機勵磁，并對負載加以補償。
此外集成于ASIC電路上的同步60°PWM方法決定了逆變器半導體器件（IGBTS）的最佳開關時間。
決定開關時間要遵循以下原則：
數值上最大的一相在1/6個周期（60°）內保持它的正電位或負電位不變。
其它兩相按比例變化，使輸出線電壓保持正弦并達到所需的幅值
與正弦控制PWM不同，VVC是依據所需輸出電壓的數字量來工作的。這能保證變頻器的輸出達到電壓的額定值，電機電流為正弦波，電機的運行與電機直接接市電時一樣。
由于在變頻器計算最佳的輸出電壓時考慮了電機的常數（定子電阻和電感），所以可得到最佳的電機勵磁。
因為變頻器連續的檢測負載電流，變頻器就能調節輸出電壓與負載相匹配，所以電機電壓可適應電機的類型，跟隨負載的變化。
VVC+的控制原理是將矢量調制的原理應用于固定電壓源PWM逆變器，這一控制建立在一個改善了的電機模型上，該電機模型較好的對負載和轉差進行了補償。
因為有功和無功電流成分對于控制系統來說都是很重要的，控制電壓矢量的角度可顯著的改善0-12HZ范圍內的動態性能，而在標準的PWM U/F驅動中0-10HZ范圍一般都存在著問題。
利用SFAVM或60°AVM原理來計算逆變器的開關模式，可使氣隙轉矩的脈動很小（與使用同步PWM的變頻器相比）。
用戶可以選擇自己最喜愛的工作原理，或者由逆變器依據散熱器的溫度來自動選擇控制原理。如果溫度低于75°C采用SFAVM原理來控制，當溫度高于75℃時就應用60°AVM原理。
以下給出這兩個原理的概要
選擇逆變器最大的開關頻率特點
SFAVM最大8kHz1. 與同步60°PWM(VVC)相比，轉矩紋波小
2. 無“換擋”
3. 逆變器的開關損耗大
60°AVM最大14kHz1. 逆變器的開關損耗減少（與SFAVM相比減少1/3）
2. 與同步60°PWM(VVC)相比轉矩紋波小
3. 與SFAVM相比轉矩紋波相對大些
電機模型為負載補償器和電壓矢量發生器分別計算額定的空載值ISX0，Isy0和I0，θ0。知道實際的空載值就有可能更準確地估計電機軸的負載轉矩。
與V/f控制相比，電壓矢量控制在低速時很有利，傳動的動特性可得到明顯的改善。此外因為控制系統能更好地估計負載轉矩，給出電壓和電流的矢量值，與標量（僅有大小的值）控制的情況相比，電壓矢量控制還能得到很好的靜態特征 。
各組成部分原理
自六十年代后期以來，由于微處理器和半導體技術的發展及其價格的降低，使變頻器發生了很大的變化。但是，變頻器的基本原理并沒有變。
變頻器可以分為四個主要部分：
1、整流器：它與單相或三相交流電源相連接，產生脈動的直流電壓。整流器有兩種基本類型---可控和不可控的。
2、中間電路：它有以下三種類型：
a) 將整流電壓變換成直流電流。
b) 使脈動的直流電壓變得穩定或平滑，供逆變器使用。
c) 將整流后固定的直流電壓變換成可變的直流電壓。
3、逆變器：它產生電動機電壓的頻率，另外，一些逆變器還可以將固定的直流電壓變換成可變的交流電壓。
4、控制電路：它將信號傳送給整流器、中間電路和逆變器，同時它也接收來自這部分的信號。具體被控制的部分取決于各個變頻器的設計。
1- 可控整流器，
2- 不可控整流器，
3- 可變直流電流的中間電路，
4- 固定直流電壓的中間電路，
5- 可變直流電壓的中間電路，
6- 脈沖幅度調試逆變器，
7- 脈沖寬度調制逆變器。
電流逆變器：CSI（1+3+6）
脈沖幅度調制逆變器：PAM（1+4+7），（2+5+7）
脈沖寬度調制逆變器：PAM/VVC(2+4+7)
為了全面，還應該簡要的提一下沒有中間電路的直接變頻器。這種變頻器用于功率等級不兆瓦級的地方，它們直接將50Hz電源變換為一個低頻電源，其最大輸出頻率為30Hz。
整流器
變頻器中的整流器可由二極管或晶閘管單獨構成，也可由兩者共同構成。由二極管構成的是不可控整流器，有晶閘管構成的是可控整流器。二極管和晶閘管都用的整流器是半控整流器。
中間電路
中間電路可看做是一個能量的存儲裝置，電動機可以通過逆變器從中間電路獲得能量。和逆變器不同，中間電路可根據三種不同的原理構成。
在使用電源逆變器時，中間電路由一個大的電感線圈構成，它只能與可控整流器配合使用。電感線圈將整流器輸出的可變電流電壓轉換成可變的直流電流。電機電壓的大小取決于負載的大小。
中間電路的濾波器使斬波器輸出的方波電壓變得平滑。濾波器的電容和電感使輸出電壓在給定頻率下維持一定。
中間電路還能提供如下一些附加功能，這取決于中間電路的設計。例如：
l使整流器和逆變器解耦
l減少諧波
l 儲存能量以承受斷續的負載波動
逆變器
逆變器是變頻器最后一個環節，其后與電動機相聯。它最終產生適當的輸出電壓。
變頻器通過使輸出電壓適應負載的辦法，保證在整個控制范圍內提供良好的運行條件。這方法是將電機的勵磁維持在最佳值。
逆變器可以從中間電路得到以下三者之一。
l 可變直流電流
l 可變直流電壓
l 固定直流電壓
在以上每種情況下，逆變器都要確保給電機提供可變的量。換句話說，電動機電壓的頻率總是由逆變器產生的。如果中間電路提供的電流或電壓是可變的，逆變器只需調節頻率即可。如果中間電路只提供固定的電壓，則逆變器既要調節電動機的頻率，還要調節電動機的電壓。
晶閘管在很大程度上被頻率更好的晶體管所取代，因為晶體管可以更快速地導通和關斷。開關頻率取決于所用的半導體器件，典型的開關頻率在300Hz到20KHz之間。
逆變器中的半導體器件，由控制電路產生的信號使其導通和關斷。這些信號可以受到不同的控制。
變頻器的作用
1、變頻節能
變頻器節能主要表現在風機、水泵的應用上。風機、泵類負載采用變頻調速后，節電率為20%～60%，這是因為風機、泵類負載的實際消耗功率基本與轉速的三次方成比例。當用戶需要的平均流量較小時，風機、泵類采用變頻調速使其轉速降低，節能效果非常明顯。而傳統的風機、泵類采用擋板和閥門進行流量調節，電動機轉速基本不變，耗電功率變化不大。據統計，風機、泵類電動機用電量占全國用電量的31%，占工業用電量的50%。在此類負載上使用變頻調速裝置具有非常重要的意義。目前，應用較成功的有恒壓供水、各類風機、中央空調和液壓泵的變頻調速。
2、在自動化系統中應用
由于變頻器內置有32位或16位的微處理器，具有多種算術邏輯運算和智能控制功能，輸出頻率精度為0.1%~0.01%，且設置有完善的檢測、保護環節，因此，在自動化系統中獲得廣泛應用。例如：化纖工業中的卷繞、拉伸、計量、導絲；玻璃工業中的平板玻璃退火爐、玻璃窯攪拌、拉邊機、制瓶機；電弧爐自動加料、配料系統以及電梯的智能控制等。變提高工藝水平和產品質量方面的應用頻器在數控機床控制、汽車生產線、造紙和電梯上的應用。
3、在提高工藝水平和產品質量方面的應用
變頻器還可以廣泛應用于傳送、起重、擠壓和機床等各種機械設備控制領域，它可以提高工藝水平和產品質量，減少設備的沖擊和噪聲，延長設備的使用壽命。采用變頻調速控制后，使機械系統簡化，操作和控制更加方便，有的甚至可以改變原有的工藝規范，從而提高了整個設備的功能。例如，紡織和許多行業用的定型機，機內溫度是靠改變送入熱風的多少來調節的。輸送熱風通常用的是循環風機，由于風機速度不變，送入熱風的多少只有用風門來調節。如果風門調節失靈或調節不當就會造成定型機失控，從而影響成品質量。循環風機高速啟動，傳動帶與軸承之間磨損非常厲害，使傳動帶變成了一種易耗品。在采用變頻調速后，溫度調節可以通過變頻器自動調節風機的速度來實現，解決了產品質量問題。此外，變頻器能夠很方便地實現風機在低頻低速下啟動并減少了傳動帶與軸承之間的磨損，還可以延長設備的使用壽命，同時可以節能40%。
4、實現電機軟啟動
電機硬啟動不僅會對電網造成嚴重的沖擊，而且會對電網容量要求過高，啟動時產生的大電流和震動對擋板和閥門的損害極大，對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻器后，變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始變化，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命，同時也節省設備的維護費用。
發展方向：
電力電子器件的基片已從Si（硅）變換為SiC（碳化硅），使電力電子新元件具有耐高壓、低功耗、耐高溫的優點；并制造出體積小、容量大的驅動裝置；永久磁鐵電動機也正在開發研制之中。隨著IT技術的迅速普及，變頻器相關技術發展迅速，未來主要向以下幾個方面發展：
1.網絡智能化
2.專門化和一體化
3.節能環保無公害
4.適應新能源
工商網監
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