变频器的作用与原理

什么是变频器这个东西， 总体上来就是：交流——直流——交流 (也可以说是先整流——再逆变) ，经过这种处理过程的变频器也叫交直交变频，目前也是各个行业用的比较多的一种。此外，还有一种交流——交流变换的，这种也被称为交交变频器。

一、什么是变频器

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。

变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。

二、变频器的原理

在嵌入式开发中，经常会涉及到对电机的控制，目前交流电动机的变频控制应用非常广泛，所以我们来简单看图介绍下变频器，假设各位已经了解电机的原理。

框图如下:

变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

典型的变频器系统图如下所示. 主要包括，操作面板，VFD控制器，电机等部分

1、典型的结构：

主要包括:控制平台，测量电路，功率电路，保护电路等

常见的变频器有两种类型：电压型和电流型，其中功率逆变部分多使用IGBT和IGCT等功率管。

2、典型算法：

其中以西门子为代表的控制算法主要是基于坐标变换(矢量控制)，以ABB为代表的算法有兴趣的朋友可以自行查找资料获取(直接转矩控制)，这里不在赘述。

3、矢量控制：

许多芯片MCU，MPU厂商都给出了变频矢量控制的框图和算法库，有兴趣的可以研究研究，例如下图为微芯科技(Microchip)给出的框图

我们可以在Matlab上进行仿真算法.

三、变频器的作用

1、变频节能

变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。

电动机使用变频器的作用就是为了调速，并降低启动电流。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电(DC)，这个过程叫整流。把直流电(DC)变换为交流电(AC)的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器，要对波形进行整理，可以输出标准的正弦波，叫变频电源。一般变频电源是变频器价格的15--20倍。由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：变频器。

变频不是到处可以省电，有不少场合用变频并不一定能省电。 作为电子电路，变频器本身也要耗电(约额定功率的3-5%)。一台1.5匹的空调自身耗电算下来也有20-30W,相当于一盏长明灯. 变频器在工频下运行，具有节电功能，是事实。但是他的前提条件是：

第一、大功率并且为风机/泵类负载;

第二、装置本身具有节电功能(软件支持);

变频器(Variable-frequency Drive，VFD)是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。