掌握变频器基础知识，打造高效运转系统

【交流与讨论】

变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。早期一直由直流调速占领的应用领域，已经逐步被交流变频调速取代；原来直流调速难以应用的超大容量、极高转速和环境恶劣的场所，现在由变频器发挥了作用；原来使用交流传动但不能调速的领域，通过采用变频调速系统，不仅具有良好的调速性能，而且大大节约了能源。

变频调速以其优异的调速启动、制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛地应用于国民经济的各行各业，主要涉及冶金机械、电气牵引、数控机床、矿井提升机械、起重和装卸机械、建筑电气设备、纺织和食品机械、家用电器等领域。

世界各国都相竞开发出自己的通用变频器品牌。例如：国产品牌的安邦信、佳灵、台达、普传等；欧美品牌的西门子、施耐德等；日本品牌的富士、三菱、欧姆龙等；韩国品牌的LG、三星等。

一、变频器的基本构成

变频器分为交—交和交—直—交两种形式。交—交变频器可将工频交流直接变换成频率、电压均可控制的交流，又称为直接式变频器。而交—直—交变频器则是先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电变换成频率、电压无可控制的交流电，它称为间接式变频器。我们主要学习交—直—交变频器（以下简称为变频器）。

变频器的基本构成如图3.1.1所示，由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制电路组成。

●整流器 电网侧的变流器I是整流器，它的作用是把三相交流电整流成直流电。

●逆变器 负载侧的变流器Ⅱ为逆变器。最常见的结构形式是利用六个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。有规律地控制逆变器中主要开关器件的通与断，可以得到任意频率的三相交流电输出。

图3.1.1　变频器的基本构成

●中间直流环节 图中的Ⅲ部分。由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动或发电制动状态，其功率因数总不会为1。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件（电容器或电抗器）来缓冲。所以又常称中间直流环节为中间直流储能环节。

●控制电路 控制电路常由运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。控制方法可以采用模拟控制或数字控制。高性能的变频器目前已经采用微型计算机进行全数字控制，采用尽可能简单的硬件电路，主要靠软件来完成各种功能。由于软件的灵活性，数字控制方式常可以完成模拟控制方式难以完成的功能。

二、变频器的控制方式

交—直—交变频器的控制方式主要有U/F控制、转差频率控制、矢量控制和直接转矩控制几种。

U/F控制是转速开环控制，无须速度传感器，控制电路简单，负载可以是通用标准异步电动机，所以通用性好，是目前通用变频器产品中使用较多的一种控制方式，多用于通用变频器、风机、泵类机械的节能运行、生产流水线的工作台传动及一些家用电器等。(www.xing528.com)

图3.1.2是一种典型的全数字U/F控制IGBT—SPWM变频调速系统原理图。变频器的主电路由不可控整流器UR、SPWM逆变器UI和中间直流电路三部组成。

图3.1.2　IGBT-SPWM变频器调速系统原理图

逆变器UI同时受控制于频率指令f和电压指令U，而f和U之间的关系是由U/F曲线发生器决定的。电动机转速的改变是靠改变频率的设定值f来实现的。电动机的实际转速要根据负载的大小（即转差率的大小）来决定。负载变化时，在f不变条件下，转子转速将随负载转矩的变化而变化，故它常用于对速度精度要求不十分严格或负载变动较小的场合。

整流器UR采用三相格式全波整流，由于其输出端接有滤波的大电容C，其导通角必定小，因此输入电流呈脉冲波形，这样的电流会有较少的谐波成分，使电源受到污染。为了抑制谐波电流，对于容量较大的SPWM变频器，都应在输入端设进线电抗器Lin，有时也可在整流器和电容器之间串接直流电抗器。Lin也可用来抑制电源电压不平衡的影响。

变频器一般都是采用大电容C滤波，同时对感性负载电流衰减时起储能作用。由于电容容量较大，突加电源时相当于短路，势必产生很大的充电电流，容易损坏整流二极管。为了限制充电电流，在整流器和滤波电容之间串入限流电阻（或电抗）R0，合上电源后，延时开关将R0短路，以免造成附加损耗。

二极管整流器不能为异步电机再生制动提供反向电流的途径，因此除特殊情况外，通用变频器一般都用电阻RB吸收制动能量。制动时，异步电机进入发电状态，首先通过逆变器的续流二极管向电容C充电。当中间直流回路电压（通称泵升电压）升高到一定限制值时，通过升限制电路使开关器件Vb导通，将电机释放的动能消耗在制动电阻RB上。为了便于散热，制动电阻常用为附件单独装在变频器箱外边。

三、通用变频器的铭牌数据

使用变频器时，首先应该注意变频器的名牌数据，它用最简洁的方式给出了变频器最重要的信息。以欧姆龙3G3MV系列为例进行说明。

如图3.1.3所示为欧姆龙3G3MV-A2001变频器的名牌。从名牌的数据可以知晓变频器以下几个方面的信息：变频器型号、电源系列、相数、输入电压范围、输入电流频率、变频器额定容量和电流、输出频率范围和生产序列号等。

图3.1.3　变频器铭牌

图3.1.4　变频器型号说明

表3.1.1　通用电机最大容量表、电源性质及电压等级表

从表3.1.1可知，欧姆龙3G3MV-A4007型号变频器选用电机最大功率为0.75kW，输入电源是三相400V交流电源。