变频技术：高效、灵活的电动控制方案

变频技术不但可应用在工业控制中控制电动机的转速，也可用于家电产品（例如空调器、荧光灯等）的控制。用于电动机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率，它的工作原理被广泛应用于各个领域，本节主要介绍交流电动机变频调速方面的基础知识。

1.变频器的分类

在我国，电网所提供的交流电源的频率（50Hz）是固定不变的，而电压取决于各变、配电站提供的电压，通常也是不变的。实际工业生产和家电产品中往往需要把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电来满足设备的需求，将电源频率的改变称为变频，将满足此功能的装置称作“变频器”。

（1）按变换的环节划分

1）交-交变频器：也称为直接变频器。它把频率固定的交流电直接变换成频率连续可调的交流电。其主要优点是没有中间环节、变换效率高，但其连续可调的频率范围较窄，主要应用于容量较大的低速拖动系统中。

2）交-直-交变频器：也称为间接变频器。它先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的交流电。由于将直流电逆变成交流电的环节容易控制，因此，在其频率调节范围以及改善变频后电动机的特性方面具有明显的优势。

（2）按电压的调制方式划分

1）PAM（脉冲幅度调制）：它是通过改变输出脉冲幅度来调节输出电压的大小和波形的一种调制方式。

2）PWM（脉冲宽度调制）：它是通过改变输出脉冲的宽度或者是占空比来调节输出电压的大小和波形的一种调制方式。

（3）按直流环节的储能环节方式划分

1）电流型：其直流环节的储能元件是电感。(www.xing528.com)

2）电压型：其直流环节的储能元件是电容器。

2.变频器的构成与工作原理

图1-14 PWM型交-直-交变频器的接线图

变频器一般由整流器、逆变器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器（MCU/DSP）等部分组成。图1-14为PWM型交-直-交变频器的接线图。由图可知，这是一个VVVF变频调速系统。将单相或三相交流电通过整流器并经电容滤波后形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率器件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值，通过改变调制周期控制其输出频率，在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，从而满足变频调速对U/f协调控制的要求。采用PWM控制的优点是能消除与抑制低次谐波，使负载电动机在近似正弦波的交变电压下运行、转矩脉冲小、调速范围宽等。

3.变频技术的发展方向

（1）交流变频向直流变频方向转化 直流变频是以数字转换电路代替交流变频中的交流转换电路，使负载电动机始终处于最佳运行状态。它摒弃了原有的交-直-交变频技术，采用先进的交流-直流控制技术。此种方式无逆变环节，因而减少了电流在工作中转变的次数，使电能转化效率大大提高，能够实现精确的控制，并平稳、安静、高效地运转。同时，克服了交流变频电动机电磁噪声较大的缺点，使噪声降低。

（2）控制技术由PWM（脉宽调制）向PAM（脉幅调制）方向发展 采用PWM控制方式的电动机转速受到上限转速的限制，如压缩机转速一般不超过7000r/min。而采用PAM控制方式的压缩机转速可提高1.5倍左右，这样大大提高了压缩机快速制冷和制热能力。同时，由于PAM在调整电压时具有对电流波形的整形作用，因而可以获得比PWM更高的效率。此外，在抗干扰方面也有着PWM无法比拟的优越性，可抑制谐波的生成，减少对电网的污染。

（3）功率器件向高集成智能功率模块发展 智能功率模块（IPM）是将功率器件的配置、散热乃至驱动问题在模块中加以解决，因而易于使用，可靠性高。以变频空调为例，我国的变频空调几乎100%采用IPM方式。