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变频器的使用方法及发展方向
变频器原理（英文Variable-frequency Drive，简称VFD）是应用变频技术与微电子技术的原理，通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机的电力控制设备。使用的电源分为交流电源和直流电源，一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的。交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95%左右。
基础原理编辑 播报控制方式
1: VVVF 是 Variable Voltage and Variable Frequency 的缩写，意为改变电压和改变频率，也就是人们所说的变压变频。
2: CVCF 是 Constant Voltage and Constant Frequency 的缩写，意为恒电压、恒频率，也就是人们所说的恒压恒频。
VVC的控制原理
在VVC中，控制电路用一个数学模型来计算电机负载变化时最佳的电机励磁，并对负载加以补偿。
此外集成于ASIC电路上的同步60°PWM方法决定了逆变器半导体器件（IGBTS）的最佳开关时间。
决定开关时间要遵循以下原则：
数值上最大的一相在1/6个周期（60°）内保持它的正电位或负电位不变。
其它两相按比例变化，使输出线电压保持正弦并达到所需的幅值
与正弦控制PWM不同，VVC是依据所需输出电压的数字量来工作的。这能保证变频器的输出达到电压的额定值，电机电流为正弦波，电机的运行与电机直接接市电时一样。
由于在变频器计算最佳的输出电压时考虑了电机的常数（定子电阻和电感），所以可得到最佳的电机励磁。
因为变频器连续的检测负载电流，变频器就能调节输出电压与负载相匹配，所以电机电压可适应电机的类型，跟随负载的变化。
VVC+的控制原理是将矢量调制的原理应用于固定电压源PWM逆变器，这一控制建立在一个改善了的电机模型上，该电机模型较好的对负载和转差进行了补偿。
因为有功和无功电流成分对于控制系统来说都是很重要的，控制电压矢量的角度可显著的改善0-12HZ范围内的动态性能，而在标准的PWM U/F驱动中0-10HZ范围一般都存在着问题。
利用SFAVM或60°AVM原理来计算逆变器的开关模式，可使气隙转矩的脉动很小（与使用同步PWM的变频器相比）。
用户可以选择自己最喜爱的工作原理，或者由逆变器依据散热器的温度来自动选择控制原理。如果温度低于75°C采用SFAVM原理来控制，当温度高于75℃时就应用60°AVM原理。
以下给出这两个原理的概要
选择逆变器最大的开关频率特点
SFAVM最大8kHz1. 与同步60°PWM(VVC)相比，转矩纹波小
2. 无“换挡”
3. 逆变器的开关损耗大
60°AVM最大14kHz1. 逆变器的开关损耗减少（与SFAVM相比减少1/3）
2. 与同步60°PWM(VVC)相比转矩纹波小
3. 与SFAVM相比转矩纹波相对大些
电机模型为负载补偿器和电压矢量发生器分别计算额定的空载值ISX0，Isy0和I0，θ0。知道实际的空载值就有可能更准确地估计电机轴的负载转矩。
与V/f控制相比，电压矢量控制在低速时很有利，传动的动特性可得到明显的改善。此外因为控制系统能更好地估计负载转矩，给出电压和电流的矢量值，与标量（仅有大小的值）控制的情况相比，电压矢量控制还能得到很好的静态特征 。
各组成部分原理
自六十年代后期以来，由于微处理器和半导体技术的发展及其价格的降低，使变频器发生了很大的变化。但是，变频器的基本原理并没有变。
变频器可以分为四个主要部分：
1、整流器：它与单相或三相交流电源相连接，产生脉动的直流电压。整流器有两种基本类型---可控和不可控的。
2、中间电路：它有以下三种类型：
a) 将整流电压变换成直流电流。
b) 使脉动的直流电压变得稳定或平滑，供逆变器使用。
c) 将整流后固定的直流电压变换成可变的直流电压。
3、逆变器：它产生电动机电压的频率，另外，一些逆变器还可以将固定的直流电压变换成可变的交流电压。
4、控制电路：它将信号传送给整流器、中间电路和逆变器，同时它也接收来自这部分的信号。具体被控制的部分取决于各个变频器的设计。
1- 可控整流器，
2- 不可控整流器，
3- 可变直流电流的中间电路，
4- 固定直流电压的中间电路，
5- 可变直流电压的中间电路，
6- 脉冲幅度调试逆变器，
7- 脉冲宽度调制逆变器。
电流逆变器：CSI（1+3+6）
脉冲幅度调制逆变器：PAM（1+4+7），（2+5+7）
脉冲宽度调制逆变器：PAM/VVC(2+4+7)
为了全面，还应该简要的提一下没有中间电路的直接变频器。这种变频器用于功率等级不兆瓦级的地方，它们直接将50Hz电源变换为一个低频电源，其最大输出频率为30Hz。
整流器
变频器中的整流器可由二极管或晶闸管单独构成，也可由两者共同构成。由二极管构成的是不可控整流器，有晶闸管构成的是可控整流器。二极管和晶闸管都用的整流器是半控整流器。
中间电路
中间电路可看做是一个能量的存储装置，电动机可以通过逆变器从中间电路获得能量。和逆变器不同，中间电路可根据三种不同的原理构成。
在使用电源逆变器时，中间电路由一个大的电感线圈构成，它只能与可控整流器配合使用。电感线圈将整流器输出的可变电流电压转换成可变的直流电流。电机电压的大小取决于负载的大小。
中间电路的滤波器使斩波器输出的方波电压变得平滑。滤波器的电容和电感使输出电压在给定频率下维持一定。
中间电路还能提供如下一些附加功能，这取决于中间电路的设计。例如：
l使整流器和逆变器解耦
l减少谐波
l 储存能量以承受断续的负载波动
逆变器
逆变器是变频器最后一个环节，其后与电动机相联。它最终产生适当的输出电压。
变频器通过使输出电压适应负载的办法，保证在整个控制范围内提供良好的运行条件。这方法是将电机的励磁维持在最佳值。
逆变器可以从中间电路得到以下三者之一。
l 可变直流电流
l 可变直流电压
l 固定直流电压
在以上每种情况下，逆变器都要确保给电机提供可变的量。换句话说，电动机电压的频率总是由逆变器产生的。如果中间电路提供的电流或电压是可变的，逆变器只需调节频率即可。如果中间电路只提供固定的电压，则逆变器既要调节电动机的频率，还要调节电动机的电压。
晶闸管在很大程度上被频率更好的晶体管所取代，因为晶体管可以更快速地导通和关断。开关频率取决于所用的半导体器件，典型的开关频率在300Hz到20KHz之间。
逆变器中的半导体器件，由控制电路产生的信号使其导通和关断。这些信号可以受到不同的控制。
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。风机、泵类负载采用变频调速后，节电率为20%～60%，这是因为风机、泵类负载的实际消耗功率基本与转速的三次方成比例。当用户需要的平均流量较小时，风机、泵类采用变频调速使其转速降低，节能效果非常明显。而传统的风机、泵类采用挡板和阀门进行流量调节，电动机转速基本不变，耗电功率变化不大。据统计，风机、泵类电动机用电量占全国用电量的31%，占工业用电量的50%。在此类负载上使用变频调速装置具有非常重要的意义。目前，应用较成功的有恒压供水、各类风机、中央空调和液压泵的变频调速。
2、在自动化系统中应用
由于变频器内置有32位或16位的微处理器，具有多种算术逻辑运算和智能控制功能，输出频率精度为0.1%~0.01%，且设置有完善的检测、保护环节，因此，在自动化系统中获得广泛应用。例如：化纤工业中的卷绕、拉伸、计量、导丝；玻璃工业中的平板玻璃退火炉、玻璃窑搅拌、拉边机、制瓶机；电弧炉自动加料、配料系统以及电梯的智能控制等。变提高工艺水平和产品质量方面的应用频器在数控机床控制、汽车生产线、造纸和电梯上的应用。
3、在提高工艺水平和产品质量方面的应用
变频器还可以广泛应用于传送、起重、挤压和机床等各种机械设备控制领域，它可以提高工艺水平和产品质量，减少设备的冲击和噪声，延长设备的使用寿命。采用变频调速控制后，使机械系统简化，操作和控制更加方便，有的甚至可以改变原有的工艺规范，从而提高了整个设备的功能。例如，纺织和许多行业用的定型机，机内温度是靠改变送入热风的多少来调节的。输送热风通常用的是循环风机，由于风机速度不变，送入热风的多少只有用风门来调节。如果风门调节失灵或调节不当就会造成定型机失控，从而影响成品质量。循环风机高速启动，传动带与轴承之间磨损非常厉害，使传动带变成了一种易耗品。在采用变频调速后，温度调节可以通过变频器自动调节风机的速度来实现，解决了产品质量问题。此外，变频器能够很方便地实现风机在低频低速下启动并减少了传动带与轴承之间的磨损，还可以延长设备的使用寿命，同时可以节能40%。
4、实现电机软启动
电机硬启动不仅会对电网造成严重的冲击，而且会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频器后，变频器的软启动功能将使启动电流从零开始变化，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命，同时也节省设备的维护费用。
发展方向：
电力电子器件的基片已从Si（硅）变换为SiC（碳化硅），使电力电子新元件具有耐高压、低功耗、耐高温的优点；并制造出体积小、容量大的驱动装置；永久磁铁电动机也正在开发研制之中。随着IT技术的迅速普及，变频器相关技术发展迅速，未来主要向以下几个方面发展：
1.网络智能化
2.专门化和一体化
3.节能环保无公害
4.适应新能源
工商网监
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