變頻器（Variable－frequency Drive，簡稱VFD）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、檢測單元微處理單元等組成。是將固定頻率的交流電變換成頻率、電壓連續(xù)可調(diào)的交流電，供給電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的電源裝置。該裝置具有調(diào)速性能好、調(diào)速范圍寬、靜態(tài)穩(wěn)定性好的核心優(yōu)勢，能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)（沖擊小）與高效運(yùn)行。變頻器靠內(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。
芬蘭瓦薩控制系統(tǒng)有限公司于1967年開發(fā)出世界上第一臺(tái)變頻器，被稱為變頻器的鼻祖，現(xiàn)代變頻器的研究重點(diǎn)主要是針對(duì)交流調(diào)速系統(tǒng)。變頻器按工作原理主要可以分為V/f 控制變頻器(VVVF 控制)、SF 控制變頻器(轉(zhuǎn)差頻率控制)和VC 控制變頻器。
隨著電力電子器件制造技術(shù)、微電子技術(shù)和變頻控制技術(shù)高速發(fā)展，變頻器性能快速提高，得到了大量的推廣，已被廣泛應(yīng)用在機(jī)械、化工、冶金、輕工等領(lǐng)域。
發(fā)展歷程
芬蘭瓦薩控制系統(tǒng)有限公司，其前身是瑞典的STRONGB，于20世紀(jì)60年代成立，并于1967年開發(fā)出世界上第一臺(tái)變頻器，被稱為變頻器的皇祖，開創(chuàng)了世界商用變頻器市場先河。20世紀(jì)60年代以后，電力電子器件普遍應(yīng)用了晶閘管及其升級(jí)產(chǎn)品，但其調(diào)速性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足需要。1968年，以丹佛斯集團(tuán)為代表的高技術(shù)企業(yè)開始批量化生產(chǎn)變頻器，開啟了變頻器工業(yè)化的新時(shí)代。
20世紀(jì)70年代，德國人 F.Blaschke 首先提出了向量控制模型。矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量根據(jù)磁場定向原理分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。通用的變頻器最早出現(xiàn)在這個(gè)時(shí)期，隨著PWM控制技術(shù)，電力電子的器件出現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)的調(diào)速裝置。到了70年代末，隨著脈寬的變壓變頻和電力電子的廣泛研究應(yīng)用，變頻器的研發(fā)取得了突破性進(jìn)展。
20世紀(jì)80年代中期繼矢量控制技術(shù)之后，直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制 (Direct Torque Control，DTC) 系統(tǒng)開始發(fā)展，它一種高性能異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代中后期，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國家的 VVVF變頻器技術(shù)實(shí)用化，商品投入市場，得到了廣泛應(yīng)用。最早的變頻器可能是日本人買了英國專利研制的。不過美國和德國憑借電子元件生產(chǎn)和電子技術(shù)的優(yōu)勢，高端產(chǎn)品迅速搶占市場。
進(jìn)入到21世紀(jì)后，中國針對(duì)變頻器展開了深入的研究，取得了突破性的進(jìn)展，已經(jīng)研發(fā)出很多具有獨(dú)特作用的變頻器，并且早已應(yīng)用到實(shí)際適應(yīng)中，技術(shù)水平已經(jīng)可以與發(fā)達(dá)國家接軌。但是面對(duì)科技日新月異的現(xiàn)代社會(huì)，仍然沒有哪一種控制方式是能夠解決所有控制方式的優(yōu)勢，所以現(xiàn)代的變頻技術(shù)仍然處于一個(gè)兼容的狀態(tài)。現(xiàn)代變頻器的發(fā)展方向變頻器從誕生的那天開始，一直到今天都是交流調(diào)速系統(tǒng)的重要研究對(duì)象。
工作原理
變頻器靠內(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。常用的變頻器主要采用交-直-交方式 (VVVF變頻或向量控制變頻)，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成DC電源，再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。
為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，變頻器首先要把電源的交流電轉(zhuǎn)換為直流電(DC)，這個(gè)過程稱為整流。把直流電 (DC) 轉(zhuǎn)換為交流電 (AC) 的裝置，其科學(xué)術(shù)語為 [inverter](逆變器)。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源。對(duì)于逆變?yōu)轭l率可調(diào)、電壓可調(diào)的逆變器稱為變頻器。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要用于三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速，又稱變頻調(diào)速器。對(duì)于主要用在儀器儀表的檢測設(shè)備中的波形要求較高的可變頻率逆變器，要對(duì)波形進(jìn)行整理，可以輸出標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，稱為變頻電源。
主要結(jié)構(gòu)
主電路
內(nèi)部電路構(gòu)成
變頻器內(nèi)部電路由逆變模塊、整流模塊、整流橋、控制板、驅(qū)動(dòng)板、主回路板、電源板、分線板、制動(dòng)電阻、電解電容器、金屬膜電容器、電阻、繼電器、接觸器、快速保險(xiǎn)絲、RS485 接口、RS232 接口、電流傳感器、散熱風(fēng)機(jī)、散熱器、充電電阻、光耦、溫控開關(guān)、電源厚膜組件、頻率厚膜組件、缺相厚膜組件、快速三極管、主回路端子排、控制回路端子排、接線端子、充電指示燈、壓敏電阻等構(gòu)成。
外部電路構(gòu)成
變頻器外部電路由制動(dòng)單元、輸入電抗器、輸出電抗器、直流電抗器、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、遠(yuǎn)控鍵盤、遠(yuǎn)控電源、遠(yuǎn)控電纜、自動(dòng)控制專用接口板、RS232/RS485總線適配器、RS232總線分配器、RS232總線電纜RS485通信電纜、機(jī)殼、機(jī)箱、機(jī)柜等構(gòu)成。
整流器
大量使用的是二極管的變流器，整流器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)。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單的平波回路。
逆變器
常見的變頻器逆變電路是由IGD、IGBT、電容等不同元件組成的，IGBT在整個(gè)逆變電路中起著核心作用，IGD負(fù)責(zé)對(duì)IGBT進(jìn)行觸發(fā)、保護(hù)和監(jiān)控，電容則是用來對(duì)直流電進(jìn)行暫時(shí)保存。
逆變器在主電路中的作用與整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，作用是在所確定的時(shí)間里有規(guī)則地使六個(gè)功率開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷，從而將直流功率變換為所需電壓和頻率的交流輸出功率。
控制電路
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、電流檢測電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測電路”，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。每一相都有3種工作模式，以A相為例，說明三種工作模式的原理。
工作模式1：功率器件VTl、VT2導(dǎo)通，VT3、VT-4主戰(zhàn)坦克關(guān)斷；若電流方向?yàn)榱魅素?fù)載，即電流從P點(diǎn)流人VT1、VT2到達(dá)輸出端A。在忽略功率器件的正向?qū)ü軌航担瑒t輸入端電勢與P點(diǎn)電位相同。若電流從負(fù)載流出，此時(shí)電流從輸出端A流過續(xù)流二極管VD2、VDl注入P點(diǎn)，輸出端A點(diǎn)電位仍與P點(diǎn)電位相等。所以工作于該模式時(shí)輸出端A與P點(diǎn)電位相等。此時(shí)以直流電壓中心點(diǎn)O為零電位，則輸出電壓為仉／2，并用狀態(tài)符號(hào)“P”表示該工作模式。
工作模式2：功率器件VT2、VT3導(dǎo)通，VT1、VT4關(guān)斷；若電流流人負(fù)載，則電流從中性點(diǎn)0通過VD5、主功率器件VT2到達(dá)輸出端，輸出端電位與0點(diǎn)電位相等。若電流從負(fù)載流出，電流從輸出端流過注人中性點(diǎn)，輸出端電位仍與0點(diǎn)電位相等。在這種情況下，VD5、VD6與VT2一起將輸出端電位鉗制于中性點(diǎn)0，并用狀態(tài)代號(hào)“O”表示該工作模式。
工作模式3：VT3、VT4導(dǎo)通，VT1、VT2關(guān)斷；類似于工作模式1分析，得出輸出端A點(diǎn)電位等同于Ⅳ點(diǎn)電位。
運(yùn)算電路
將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、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。
電壓、電流檢測電路
用于主回路電位隔離檢測電壓、電流等。
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。
速度檢測電路
以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測器(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)。
保護(hù)電路
檢測主電路的電壓、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。
主要分類
按輸入電壓等級(jí)
變頻器按輸入電壓等級(jí)可分低壓變頻器和高壓變頻器，低壓變頻器國內(nèi)常見的有單相220 V變頻器、三相220V變頻器、三相380V變頻器。高壓變頻器常見有6kV、10kV變壓器，控制方式一般是按高低一高變頻器或高一高變頻器方式進(jìn)行變換的。
按變換頻率的方法
變頻器按頻率變換的方法分為交-交型變頻器和交-直交型變頻器。交-交型變頻器可將市電直接轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可以控制的交流，故稱直接式變頻器。交-直交型變頻器則是先把工頻交流電通過整流裝置轉(zhuǎn)變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可以調(diào)節(jié)的交流電，故又稱為間接型變頻器。
按直流電源的性質(zhì)分類
在交-直-交型變頻器中，按主電路電源變換成直流電源的過程中，直流電源的性質(zhì)分為電壓型變頻器和電流型變頻器。
按變頻器調(diào)壓方法分類
PAM變頻器是一種通過改變電壓源U或電流源I的幅值進(jìn)行輸出控制的。PWM變頻器方式是在變頻器輸出波形的一個(gè)周期產(chǎn)生多個(gè)脈沖波，其等值電壓為正弦波，波形較平滑。
按工作原理分
V/f 控制變頻器(VVVF 控制)、SF 控制變頻器(轉(zhuǎn)差頻率控制)、VC 控制變頻器。
按照用途
用途作為依據(jù)進(jìn)行劃分，則有五種不同類型，即通用、高性能專用、高頻、單相、三相變頻器。
變頻器頻率給定方式和特點(diǎn)
變頻器頻率給定方式即變頻器的頻率設(shè)定方式，也就是調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率的具體方法。頻率給定方式主要有：操作面板給定、端子多段給定、模擬信號(hào)給定等方式。
操作面板給定方式
操作面板給定方式是通過變頻器操作面板上的電位器或上下按鍵設(shè)定頻率的方式，是內(nèi)部PU給定。輸出頻率可以通過電位器來調(diào)節(jié)，這種給定屬于模擬量給定方式，頻率調(diào)節(jié)精度稍低。有些變頻器操作面板(例如：三菱E540變頻器)自帶上下按鍵，變頻器輸出頻率是通過上下按鍵來調(diào)節(jié)，這種給定屬于數(shù)字量給定方式，頻率調(diào)節(jié)精度高。
操作面板給定方式優(yōu)點(diǎn)是不需要外部額外接線，變頻器輸出頻率連續(xù)可調(diào)，是變頻器最簡單的頻率給定方式，使用非常方便，適用于單臺(tái)變頻器的手動(dòng)設(shè)定。缺點(diǎn)是只能通過手動(dòng)設(shè)定，在經(jīng)常改變輸出頻率的場合使用有些不太方便。
端子多段給定方式
端子多段給定方式通過設(shè)置變頻器的內(nèi)部參數(shù)，用開關(guān)信號(hào)控制變頻器輸入端子來設(shè)定變頻器頻率的方式，是外部給定，電路如圖2所示。開關(guān)信號(hào)可以用按鈕、中間繼電器和PLC等，輸入端RH、RM和RL分別是高速、中速和低速，3種輸出頻率可以通過參數(shù)Pr.4~Pr.6設(shè)置(3段調(diào)速)。這種給定方式是數(shù)字量給定方式，優(yōu)點(diǎn)是頻率調(diào)節(jié)精度高，抗干擾能力強(qiáng)，接線簡單，與電壓信號(hào)給定相比不存在溫度漂移現(xiàn)象，常用于傳送帶調(diào)速控制。缺點(diǎn)是只能分段調(diào)速。
模擬信號(hào)給定方式
模擬信號(hào)給定方式是通過模擬信號(hào)(電壓信號(hào)或電流信號(hào))控制變頻器輸入端子來設(shè)定輸出頻率的給定方式，變頻器輸出頻率的高低通過模擬量的大小調(diào)節(jié)，屬于外部給定。根據(jù)模擬量給定信號(hào)的種類不同，可以分為電壓信號(hào)給定和電流信號(hào)給定。
模擬量給定中通常采用電流或電壓信號(hào)，常見于電位器、儀表、PLC和DCS等控制回路。電流信號(hào)一般指0~20mA或4~20mA。電壓信號(hào)一般指0~10V、2~I0V、0~±10V、0~5V、1~5V，0~±5V等。電流信號(hào)在傳輸過程中，不受線路電壓降、接觸電阻及其壓降、雜散的熱電效應(yīng)以及感應(yīng)噪聲等影響，抗干擾能力較電壓信號(hào)強(qiáng)。但由于電流信號(hào)電路比較復(fù)雜，故在距離不遠(yuǎn)的情況下，仍以選用電壓給定為模擬量信號(hào)居多。
變頻器控制方式
u/I控制方式
u/I控制方式，就是壓頻比標(biāo)量控制方式，是最基本的變頻器控制方式。通常是開環(huán)控制，維持磁通量為常數(shù)。在對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，希望電動(dòng)機(jī)的主磁通保持額定值不變。三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢的有效值：
式中：E1為定子每相氣隙磁通感應(yīng)電動(dòng)勢的均方根值；f1為定子頻率；N1為定子每相繞組有效匝數(shù)；為每極磁通量。
這種控制方法優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，控制運(yùn)算速度要求不高。缺點(diǎn)是調(diào)速精度和動(dòng)態(tài)性能較差，只控制了氣隙磁通，不能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)知，性能不高，由于不含有電流控制，起動(dòng)時(shí)必須具有給定積分環(huán)節(jié)以抑制電流沖擊，低頻時(shí)轉(zhuǎn)距不足，需轉(zhuǎn)距補(bǔ)償，以改變低頻時(shí)轉(zhuǎn)距特性。
轉(zhuǎn)差頻率控制（SFC）
從異步電動(dòng)機(jī)的等效電路圖得出，異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為：
式中，轉(zhuǎn)差頻率fs=sf1，是施加于電動(dòng)機(jī)的交流電壓頻率與以電動(dòng)機(jī)實(shí)際速度nn，作為同步轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的電源頻率fn的差頻率，即f1=fs+fn。電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差頻率較小，如果E1/f1=常數(shù)，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)差頻率成正比。在進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上安裝測速發(fā)電機(jī)等速度檢出器得出，并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)知調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率。這樣就可以使電動(dòng)機(jī)得到設(shè)定的轉(zhuǎn)差頻率，即使電動(dòng)機(jī)具有所需的輸出轉(zhuǎn)矩。
這種控制方法優(yōu)點(diǎn)是基本上控制了電機(jī)轉(zhuǎn)矩，提高了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度。同時(shí)還可以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流，起到保護(hù)電動(dòng)機(jī)的作用。缺點(diǎn)是不能真正控制動(dòng)態(tài)過程的轉(zhuǎn)矩，動(dòng)態(tài)性能不理想。
矢量控制（VC）
矢量控制是一種高性能異步電動(dòng)機(jī)的控制方式。它仿照直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)，以電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢相同為準(zhǔn)則，將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流，即變頻器的輸出電流ia、ib、ic通過3s/2s變換，等效為兩相靜止坐標(biāo)系下的兩相交流電流iα、iβ再利用2s/2r坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)，等效為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的兩相直流電流id、iq，id是產(chǎn)生磁場的電流分量(勵(lì)磁電流)，iq是產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(轉(zhuǎn)矩電流)。
該控制方法通過將定子電流解耦為勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流并分別實(shí)施控制，提升了控制性能，具備轉(zhuǎn)矩連續(xù)平滑調(diào)節(jié)的特性，適用于對(duì)調(diào)速精度要求較高的場景。缺點(diǎn)是采用轉(zhuǎn)子磁場定向，轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大（電機(jī)參數(shù)存在時(shí)變性），且等效直流電動(dòng)機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。
直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）
直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算；它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。
相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
中國標(biāo)準(zhǔn)
GB/T32877-2016
在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)和變頻器通常由不同制造商提供，而統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)被大批量生產(chǎn)，它們可能由電網(wǎng)或者不同制造商提供的不同型號(hào)的變頻器驅(qū)動(dòng)，各變頻器的性能(如開關(guān)頻率、直流母線電壓等級(jí)等)可能也會(huì)影響系統(tǒng)的效率。因此標(biāo)準(zhǔn)提出了一個(gè)試驗(yàn)用變頻器的概念。它是一個(gè)基于脈寬調(diào)制、脈沖模式固定，為被試電動(dòng)機(jī)提供重復(fù)諧波含量的電壓源型變頻器。目的在于比較變頻器供電情況下的不同交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的諧波損耗。
GB 12668
中國調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)國家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)是發(fā)布的建立設(shè)計(jì)規(guī)格和設(shè)計(jì)流程的文檔，通過建立被普遍理解和采納的一致性協(xié)議，形成產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)的基本構(gòu)件，用于確保產(chǎn)品等的可靠性、功能和兼容性，增強(qiáng)交互性，以保證消費(fèi)者的安全等權(quán)益。通過使用標(biāo)準(zhǔn)，能夠保證互連性和交互性的要求；通過標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，能夠驗(yàn)證新產(chǎn)品和新市場的可信度。
國際標(biāo)準(zhǔn)
IEC/TS60034-2-3-2013
翻譯為《變頻器供電交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)確定損耗和效率的特定試驗(yàn)方法》，主要測試變頻器驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的損耗不僅有基波損耗，以及變頻器諧波產(chǎn)生的諧波損耗，諧波損耗附加在基波鐵耗、基波轉(zhuǎn)子損耗、基波定子損耗和附加損耗。
相關(guān)應(yīng)用
工業(yè)變頻節(jié)能
變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用上。風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載采用變頻調(diào)速后，節(jié)電率為20%~60%，這是因?yàn)轱L(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的實(shí)際消耗功率基本與轉(zhuǎn)速的三次方成比例。當(dāng)用戶需要的平均流量較小時(shí)，風(fēng)機(jī)、泵類采用變頻調(diào)速使其轉(zhuǎn)速降低，節(jié)能效果非常明顯。而傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、泵類采用擋板和閥門進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變，耗電功率變化不大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)、泵類電動(dòng)機(jī)用電量占全國用電量的31%，占工業(yè)用電量的50%。在此類負(fù)載上使用變頻調(diào)速裝置具有非常重要的意義。
家電變頻節(jié)能
隨著大型家用電器如中央空調(diào)系統(tǒng)普及程度的不斷提高，能耗問題逐漸成為社會(huì)各界共同關(guān)注的焦點(diǎn)。變頻節(jié)能技術(shù)作為中央空調(diào)系統(tǒng)中常用的節(jié)能降耗技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整成為推進(jìn)中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能減排的重要途徑。對(duì)于中央空調(diào)系統(tǒng)，變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用主要包含兩個(gè)方面。一方面，針對(duì)末端送風(fēng)裝置進(jìn)行變頻控制。對(duì)于中央空調(diào)系統(tǒng)，利用變頻作業(yè)的操作，空調(diào)系統(tǒng)本身的輸入端電壓也會(huì)隨之發(fā)生變化，不僅能夠有效降低中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗，也能夠在一定程度上減少系統(tǒng)噪音。另一方面，針對(duì)空調(diào)冷凍水系統(tǒng)進(jìn)行變頻控制來調(diào)控電機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制冷凍水，水量等。
食品輕工業(yè)
變頻器在食品機(jī)械上的應(yīng)用功效基于以下兩點(diǎn)，第一點(diǎn)是增加產(chǎn)量、降低成本。變頻器可以提高食品機(jī)械的生產(chǎn)技術(shù)，使產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)都得到提高，并能有效節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)利潤最大化。第二點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)控制的軟件化，提高功能，通過轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償、防止失速和重合閘等功能，實(shí)現(xiàn)不跳閘運(yùn)行。
工業(yè)自動(dòng)化等
在電梯、工業(yè)自動(dòng)化等行業(yè)中，對(duì)于電機(jī)軟啟動(dòng)的要求非常高，如果可以在其中推廣使用變頻器，即可滿足精準(zhǔn)控制的要求。其中，使用最廣泛的一種類型就是極型復(fù)合自關(guān)斷器件，這一器件的應(yīng)用是高壓變頻器的革命，已經(jīng)在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用，有效延長了電容使用壽命。3kv、6kv、10kv等電壓等級(jí)的電機(jī)被稱為高壓電機(jī)，與這種電機(jī)同時(shí)使用，對(duì)其進(jìn)行調(diào)速的變頻器則為高壓變頻器。高壓變頻器的種類也有很多，主要可以分為交交變頻器和交直交變頻器兩種，經(jīng)常使用的變頻器為交直交變頻器，這種變頻器會(huì)經(jīng)過兩次變換，可以滿足各個(gè)行業(yè)的使用需求。
礦產(chǎn)冶金等
變頻器的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦井內(nèi)瓦斯?jié)舛鹊暮侠砜刂疲苊馔咚购窟^高所引發(fā)的瓦斯事故，降低煤礦損失。因此，在煤礦企業(yè)的生產(chǎn)中, 為了給作業(yè)人員創(chuàng)造相對(duì)安全的作業(yè)環(huán)境，需科學(xué)應(yīng)用高壓變頻器。高壓變頻器在瓦斯抽放泵中的應(yīng)用滿足了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)需求，有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)瓦斯抽放量的科學(xué)控制。
紡織機(jī)械
紡織纖維，特別是合成纖維(化纖)生產(chǎn)機(jī)械的電力拖動(dòng)，不論是前期工序還是后期工序均已廣泛采用變頻調(diào)速。如卷繞機(jī)是化纖工程的最尾工序的主要設(shè)備，通過卷筒將拉伸后的紡絲進(jìn)行卷取。卷繞成品的質(zhì)量與后期紡織工序有很大關(guān)系，故對(duì)電氣控制提出如下要求。①選用高速電動(dòng)機(jī)以提高生產(chǎn)率；②卷繞過程中必須自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，定長剪斷。
風(fēng)力發(fā)電
風(fēng)電機(jī)組規(guī)模的擴(kuò)大給風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了一些技術(shù)難題，其中比較常見的就是發(fā)電機(jī)組的輸出功率問題。電網(wǎng)中傳輸?shù)墓β释枰刂圃诒容^穩(wěn)定的范圍內(nèi)，這就需要風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有穩(wěn)定的運(yùn)行速率。但是在自然環(huán)境中，風(fēng)力強(qiáng)弱并不是固定不變的，而是隨其他因素的微小變化而時(shí)刻變化的，進(jìn)而干擾風(fēng)力發(fā)電機(jī)的穩(wěn)步運(yùn)行，使得發(fā)電機(jī)組中穩(wěn)定輸出功率的控制表現(xiàn)出一定的難度。將變頻器用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，可以很好的解決這一技術(shù)難題，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行速率保持穩(wěn)定，從而輸出穩(wěn)定的功率。
未來發(fā)展
網(wǎng)絡(luò)智能化
未來的變頻器必然要朝向網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)控制可以說是實(shí)現(xiàn)當(dāng)今社會(huì)機(jī)器自動(dòng)化控制的必備功能。變頻器的自動(dòng)化同樣如此。在變頻器采用數(shù)值化控制之后其實(shí)就可以初步具有網(wǎng)絡(luò)控制的前提條件了，它能夠像其他的自動(dòng)化裝置一樣通過網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制。
節(jié)能環(huán)保
環(huán)保化依舊是其一個(gè)主要的發(fā)展方向，特別是在當(dāng)今社會(huì)各種自然災(zāi)害頻繁發(fā)生的情況下，我們必須對(duì)各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行環(huán)保化的變革，變頻器研究領(lǐng)域同樣如此。無論是電力電子器件的使用還是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改進(jìn)，再到低噪聲控制技術(shù)的發(fā)展，我們都必須始終將環(huán)保意識(shí)貫穿始終，特別是降低變頻器的噪聲和電磁污染技術(shù)，必須要著重解決。
專門化和一體化
變頻器的制造專門化，可以使變頻器在某一領(lǐng)域的性能更強(qiáng)，如風(fēng)機(jī)、水泵用變頻器、電梯專用變頻器、起重機(jī)械專用變頻器、張力控制專用變頻器等。除此以外，變頻器有與電動(dòng)機(jī)一體化的趨勢，使變頻器成為電動(dòng)機(jī)的一部分，可以使體積更小，控制更方便。
小型化
現(xiàn)在電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)以驚人的速度向前發(fā)展，變頻調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)也隨之取得了日新月異的進(jìn)步，這種進(jìn)步集中體現(xiàn)在交流調(diào)速裝置的大容量化、變頻器的高性能化和多功能化、結(jié)構(gòu)的小型化等方面。
適應(yīng)新能源
現(xiàn)在以太陽能和風(fēng)力為能源的燃料電池以其低廉的價(jià)格嶄露頭角，有后來居上之勢。這些發(fā)電設(shè)備的最大特點(diǎn)是容量小而分散，將來的變頻器就要適應(yīng)這樣的新能源，既要高效，又要低耗。
參考資料 >
中、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)與節(jié)能.中國知網(wǎng).2023-11-16
變頻器應(yīng)用與原理的研究.中國知網(wǎng).2023-11-16