變頻器的基本知識

1目錄第一章、通用變頻器發展史第一節通用變頻器發展歷史及特點第二節新型變頻器發展趨勢第二章、通用變頻器結構與原理第一節通用變頻器的類別結構第二節通用變頻器的工作原理

附錄：常見的國內外品牌變頻器2第一章、變頻器發展歷史及特點第一節通用變頻器發展歷史及特點隨著微機技術、電力電子技術和調速控制理論的不斷發展，變頻器作為一種智能調速“電源”也在不斷地更新。從變頻器問世以來，通用變頻器主要經歷以下幾個發展階段：80年代初期的模擬式、80年代中期的數字式、90年代初期的智能式、90年代中期的多功能型及現在的集中型通用變頻器。通用變頻器發展主要有以下特點：

１、功率器件不斷更新換代變頻器的發展受其電力半導體器件的限制，常用晶體管主要有:雙極晶體管BJT、絕緣柵雙極晶體管IGBT、集成門極換流晶閘管IGCT、巨型晶體管GTO，見下表（1）80年代初主要使用巨型晶體管GTO、大功率晶體管GTR，由于GTR的工作頻率一般在2KHZ以下，載波頻率和最小脈寬都受到限制，難以得到較為理想的正弦脈寬調制波形，并使異步電機在變頻調速時產生噪聲。3

隨著IGBT（絕緣柵雙極晶體管）的出現，其工作頻率可在10~20KHz之間，與GTR相比不僅工作頻率提高一個數量級且在電流、電壓指標（電流浪涌耐量、電壓阻斷峰值、門極驅動功耗等各項指標）均已超過GTR，因而在新一代的中小功率變頻器中IGBT已基本上代替了GTR。采用IGBT的低壓變頻器的最大容量在380V級可達540KVA，而600V級的可達700KVA，可驅動485KW電動機進行調速，最高頻率可達400~600Hz，能對中頻電機進行調頻控制。90年代末又出現適合中壓（1KV-10KV）開關電路的IGCT（集成門極換流晶體管）、以及現在使用的功率智能模塊IPM：是以IGBT為開關器件，同時含有驅動電路和保護電路，IPM的保護功能有過流、短路、過壓、和過熱等，還可以實現再生制動，由于IPM組成的變頻器只需對橋臂上各個IGBT提供隔離的PWM信號即可，使變頻器的體積逐漸趨向小型化，隨著電力電子功率器件的發展變頻調速技術不斷成熟。4名稱代號符號控制方式最大電壓電流及頻率雙極型晶體管BJTGTRBCE

電流控制Um：450-1400VIm：300-800AFm：10K-50k門極關斷晶閘管

絕緣柵雙極晶體管GTO電流控制Um：500-600VIm：4000-6000AFm：1K-10kIGBT電壓控制Um：1800-3300VIm：800-1200AFm：20K-50k

IGCT

GCE集成門換流晶體管

電壓控制Um：500-600VIm：4000-6000AFm：1K-10k表(1):常用電力半導體器件GKA返回52、應用范圍不斷擴大

在紡織、印染、塑膠、石油、化工、冶金、造紙、食品、裝卸搬運等行業都有著廣泛應用，隨著各種專用變頻器的出現，使變頻器的應用領域進一步擴大，可以說有電機的地方就會有變頻器。3、

控制理論不斷成熟

早期通用變頻器主要采用恒壓頻比（V/F）PWM控制方式，隨著矢量控制技術、直接轉矩控制技術的出現使得電動機變頻后的機械特性可以和直流電機相媲美。

變頻調速控制技術不斷成熟、功率電子器件不斷發展，變頻器應用日益廣泛，在電氣傳動、節能領域起著重要的作用。第二節新型通用變頻器發展趨勢1、低電磁噪音、靜音化

新型通用變頻器除了采用高頻載波方式的正弦波SPWM調制實現靜音化外，還在通用變頻器輸入側加交流電抗器或有源功率因數校正電路APFC，而在逆變電路中采取Soft-PWM控制技術等，以改善輸入電流波形、降低電網諧波，在抗干擾和抑制高次諧波方面符合EMC國際標準，實現所謂的清潔電能的變換。如三菱公司的柔性PWM控制技術，實現了更低噪音運行。

62、專用化

新型通用變頻器為更好地發揮變頻調速控制技術的獨特功能，并盡可能滿足現場控制的需要，派生了許多專用機型如風機水泵空調專用型、起重機專用型、恒壓供水專用型、

交流電梯專用型、紡織機械專用型、機械主軸傳動專用型、電源再生專用型、中頻驅動專用型、機車牽引專用型等。

3、系統化

通用變頻器除了發展單機的數字化、智能化、多功能化外，還向集成化、系統化方向發展。如西門子公司提出的集通訊、設計和數據管理三者于一體的“全集成自動化”（TIA）平臺概念，可以使變頻器、伺服裝置、控制器及通訊裝置等集成配置，甚至自動化和驅動系統、通訊和數據管理系統都可以像驅動裝置通常嵌入“全集成自動化”系統那樣進行，目的是為用戶提供最佳的系統功能。

4、網絡化新型通用變頻器可提供多種兼容的通信接口，支持多種不同的通信協議，內裝RS485接口，可由個人計算機向通用變頻器輸入運行命令和設定功能碼數據等，通過選件可與現場總線：Profibus-DP、Interbus-S、DeviceNet、ModbusPlus、CC-Link、LONWORKS、Ethernet、CANOpen、T-LINK等通訊。如西門子、VACON、富士、日立、三菱、臺安、東洋等品牌的通用變頻器，均可通過各自可提供的選件支持上述幾種或全部類型的現場總線。75、操作傻瓜化

新型通用變頻器機內固化的“調試指南”會引導你一步一步地填入調試表格，無需記住任何參數，充分體現了易操作性。如西門子公司的新一代MICROMASTER420/440因采用了一種稱為“易于使用”的成功概念，使得在連接技術、安裝和調試方面的操作變得非常簡單。6、參數趨勢圖形

新型通用變頻器的參數趨勢圖可適時地顯示各信號的現時運行狀態，用戶在調試過程中，可隨時監控和記錄運行參數。如西門子公司的新一代MICROMASTER420/440的高級操作板AOP，變頻器的參數可上裝或下裝，通過現場總線的USS連接調試和控制多達31臺變頻器驅動裝置。AOP可以存儲10組數據。存儲在AOP中的各組數據可以直接裝入其它的MICROMASTER420/440，或者通過USS裝入7、內置式應用軟件

新型通用變頻器可以內置多種應用軟件，有的品牌可提供多達130余種的應用軟件，以滿足現場過程控制的需要，如PID控制軟件、張力控制軟件、速度級鏈、速度跟隨、電流平衡、變頻器功能設置軟件、通訊軟件等。變頻器功能設置軟件可以在WINDOWS95/98環境下設置變頻器的功能及數據通訊。

8、參數自調整

用戶只要設定數據組編碼，而不必逐項設置，通用變頻器會將運行參數自動調整到最佳狀態（矢量型變頻器可對電機參數進行自整定）。9、功能設置軟件化

通用變頻器的功能可以在WINDOWS95/98環境下設置并下裝，并可以進行數據通訊。8第二章、通用變頻器結構與原理一、通用變頻器的類型

從結構上可分為：1、交—交變頻器2、交—直—交變頻器從變頻電源的性質分（見圖3）

1、電流源型：中間直流濾波環節采用大電感濾波，電源內阻抗為零的恒壓源，輸出電流波形為矩形波。2、電壓源型：中間直流濾波環節采用大電容濾波，電源內阻抗