變頻器是一種應(yīng)用現(xiàn)代電力電子技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)和通信技術(shù)，將電動機(jī)工作電源固定的頻率變換為連續(xù)可調(diào)的頻率，從而控制交流電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的電力傳動控制裝置。變頻器具有優(yōu)良、快速、連續(xù)地調(diào)速和啟制動性能和節(jié)能效果顯著、應(yīng)用范圍廣泛及其它許多優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今節(jié)能減排、改善工藝流程、提高產(chǎn)品性能、推動技術(shù)進(jìn)步的一種重要手段，在冶金、市政、機(jī)械、礦山、紡織等等各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

了解變頻器的分類，是學(xué)會應(yīng)用變頻器的一個重要的基本過程。變頻器的種類很多，通常分成如下幾種形式進(jìn)行分類：

一、按照頻率變換方式分類

變頻器按照工作時頻率的變換方式主要分為兩類，即交一交變頻器和交一直一交變頻器。

1、交一交變頻器

交一-交變頻器又稱直接式變頻器，交一交變頻器將工頻交流電直接轉(zhuǎn)換成頻率和電壓均可調(diào)的交流電，然后將其供給電動機(jī)。由于沒有中間環(huán)節(jié)，交一-交變頻器的變換效率高、過載能力強(qiáng)。由于此種變頻器連續(xù)可調(diào)的頻率范圍窄，其頻率一般在額定頻率的1/2以下，故它主要用于低速、大容量的拖動系統(tǒng)中。

交一交變頻器的結(jié)構(gòu)

2、交一直一交變頻器

交一直一交變頻器又稱間接式變頻器，變頻器先通過整流電路將工頻交流電通過整流電路轉(zhuǎn)換成脈動的直流電，再通過逆變電路把直流電逆變成頻率任意、連續(xù)可調(diào)的三相交流電，然后將其供給電動機(jī)。由于把直流電逆變成交流電的環(huán)節(jié)比較容易控制，因此交一直一交變頻器在頻率調(diào)節(jié)范圍較寬，在改善頻率后電動機(jī)的特性等方面都有明顯的優(yōu)勢。目前,此種變頻器的結(jié)構(gòu)是普及應(yīng)用最廣泛的一種變頻器，廣泛用于通用型變頻器中。

交一直一交變頻器的結(jié)構(gòu)

3、主要特點(diǎn)比較

交一交變頻器與交一直一交變頻器的特點(diǎn)比較，見下表：

二、按主回路直流環(huán)節(jié)儲能方式分類

在交一直一交變頻器中，根據(jù)主回路直流環(huán)節(jié)儲能方式的不同，可以將其分為兩大類，即電壓型變頻器和電流型變頻器。

1、電壓型變頻器

在電壓型變頻器中，其主回路直流環(huán)節(jié)所采用的儲能元件，是大電解電容器。由于采用電解電容進(jìn)行濾波，緩沖負(fù)載的無功功率，直流環(huán)節(jié)輸出直流電壓波形比較平坦、電源內(nèi)阻較小，在理想情況下，可以看成是一個內(nèi)阻為零的電壓源。電壓型變頻器輸出電壓波形為矩形波或階梯波，輸出電流波形近似正弦波。常用在負(fù)載電壓變化較大的場合。

電壓型變頻器的結(jié)構(gòu)

2、電流型變頻器

在電流型變頻器中，其主回路直流環(huán)節(jié)所采用的儲能元件為串聯(lián)電感器。由于采用電感器進(jìn)行濾波，輸出直流電流波形比較平直。電源內(nèi)阻抗很大，可以緩沖負(fù)載的無功功率，即扼制電流的變化，使電壓接近正弦波，對負(fù)載來說基本上是個電流源，所以稱為電流型變頻器。電流型變頻器輸出電流波形為矩形波，輸出電壓波形近似正弦波。在電流型變頻器中，電動機(jī)定子電壓的控制是通過檢測電壓后，對電流進(jìn)行控制的方式來實(shí)現(xiàn)的。電流型變頻器的一大優(yōu)勢是可以進(jìn)行四象限運(yùn)行，將能量回饋給電網(wǎng)；可扼制負(fù)載電流頻繁而急劇的變化,特別是對負(fù)載電流較大時仍能適應(yīng)。這種方式適用于負(fù)載電流變化較大的場合,并適用于需要回饋制動和頻繁可逆運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械中。

電流型變頻器的結(jié)構(gòu)

3、主要特點(diǎn)比較

電壓型變頻器與電流型變頻器的特點(diǎn)比較，見下表：

三、按照輸出電壓的調(diào)制方式分類

在交一直一交變頻器中，根據(jù)輸出電壓的調(diào)制方式的不同，可以將變頻器分為正弦波脈寬調(diào)制( PWM )變頻器和脈幅調(diào)制(PAM )變頻器。

1、正弦波脈寬調(diào)制(PWM )變頻器

正弦波脈寬調(diào)制( PWM )變頻器在逆變電路部分同時對輸出電壓的幅值和頻率進(jìn)行控制。在這種方式中, PWM變頻器以較高的頻率對逆變電路的半導(dǎo)體開關(guān)器件進(jìn)行開閉控制，并通過改變輸出脈沖的占空比來控制輸出電壓的大小。PWM變頻器的特點(diǎn):功率因數(shù)高，調(diào)節(jié)速度快輸出電壓和電流波形接近正弦波，改善了由矩形波弓|起的電動機(jī)發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩降低等電動機(jī)運(yùn)行性能。變頻器目前普遍應(yīng)用的是占空比按正弦波規(guī)律變化的正弦波脈寬調(diào)制方式。正弦波脈寬調(diào)制( PWM )變頻器適用于單臺或多臺電動機(jī)并聯(lián)運(yùn)行、動態(tài)性能要求高的調(diào)速系統(tǒng)。

2、脈幅調(diào)制( PAM )變頻器

脈幅調(diào)制( PAM)變頻器將"變壓”和“變頻”分開完成，即在整流電路部分對輸出電壓的幅值進(jìn)行控制，而在逆變電路部分對輸出頻率進(jìn)行控制。因?yàn)樵诿}幅調(diào)制( PAM)變頻器中逆變電路換流器件的開關(guān)頻率即為該變頻器的輸出頻率，所以這是一種同步調(diào)速方式。在這種方式下,當(dāng)系統(tǒng)低速運(yùn)行時,諧波和噪聲都比較大。這兩種變頻器的區(qū)別在于；PAM變頻器調(diào)速要采用可控整流器，并要對可控整流器進(jìn)行導(dǎo)通角控制;而PWM變頻器調(diào)速則采用不可控整流器，工作時無須對整流器進(jìn)行控制。

四、按控制方式分類

1、U/f控制變頻器

U/f控制變頻器是一種比較簡單的控制方式，它的基本特點(diǎn)是對變頻器輸出的電壓和頻率按一定比例同時控制，得到所需要的轉(zhuǎn)矩。采用U/f控制方式的變頻器，控制電路成本較低，多用于對精度要求不高的場合。

2、電壓空間矢量控制（磁通軌跡法）變頻器

電壓空間矢量控制（磁通軌跡法）又稱SVPWM控制方式。該控制方式一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制。由于引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差；另外，將輸出電壓、電流閉環(huán)，能提高動態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，因此系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。

3、矢量控制（磁場定向法）變頻器

矢量控制（磁場定向法）又稱VC控制方式。該控制方式實(shí)質(zhì)是將交流電動機(jī)等效為直流電動機(jī)，分別對速度、磁場兩個分量進(jìn)行獨(dú)立控制。該控制方式的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩可以連續(xù)平滑調(diào)節(jié)，調(diào)速范圍寬。但控制參數(shù)的選擇比較困難，需要在線調(diào)整。

4、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器

直接轉(zhuǎn)矩控制又稱DTC控制方式。該控制方式直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動機(jī)的磁場和轉(zhuǎn)矩，從而在很大程度上解決了矢量控制的不足。

5、主要特點(diǎn)比較

上述四種不同控制方式變頻器的特點(diǎn)比較，見下表：

五、按照用途分類

目前，在工業(yè)中使用的變頻器可以分為通用變頻器和專用變頻器兩大類。衡量通用變頻器性能的主要指標(biāo)有控制方式、啟動轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩控制精度、速度控制精度、控制信號種類、速度控制方式、多段速度設(shè)定、載波頻率、頻率跳躍功能、通信接口等。新型的通用變領(lǐng)器基本都具備這些功能，其功能、操作、維護(hù)及應(yīng)用方面均基本相似。

1、通用變頻器

通用變頻器又可以分為低成本的簡易型通用變頻器和高性能多功能的通用變頻器。

a.簡易型通用變頻器

簡易型通用變頻器是以節(jié)能為目的的變頻器，主要應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵、鼓風(fēng)機(jī)等負(fù)載。這種變頻器在轉(zhuǎn)矩控制性能方面是按降轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性設(shè)計的。零速時的啟動轉(zhuǎn)矩比其他類型的變頻器要小一些，具有較高的節(jié)能性能。它同時具有體積小、價格低的優(yōu)點(diǎn)。

b.高性能多功能通用變頻器

高性能多功能通用變頻器采用矢量控制方式或直接轉(zhuǎn)矩控制方式，并充分考慮了通用變頻器應(yīng)用過程中，可能出現(xiàn)的各種需要。特殊功能還可以選件的形式供選擇。為滿足應(yīng)用需要，在系統(tǒng)的軟件和硬件方面都做了相應(yīng)的功能設(shè)置。高性能通用變頻器廣泛地應(yīng)用于調(diào)速性能要求較高的各個領(lǐng)域之中。

2、專用變頻器

專業(yè)變頻器是指專門針對某一面或某一領(lǐng)域而設(shè)計研發(fā)的變頻器。該類型變頻器針對性較強(qiáng)，具有適用于所針對領(lǐng)域獨(dú)有的功能和優(yōu)勢，從而能夠更好地發(fā)揮變頻調(diào)速的作用。

a.高性能專用變頻器

專用變頻器是為了滿足某些特定應(yīng)用場合的需要而設(shè)計生產(chǎn)的，主要應(yīng)用于對異步電動機(jī)控制性能要求較高的專用機(jī)械系統(tǒng)。隨著控制理論、交流調(diào)速理論和電力電子技術(shù)的發(fā)展，異步電動機(jī)的矢量控制得到了發(fā)展，專用變頻器基本上都采用了矢量控制方式。矢量控制變頻器及其專用電動機(jī)構(gòu)成的交流伺服系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到并超過了直流伺服系統(tǒng)。此外，由于異步電動機(jī)具有環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、維護(hù)簡單等許多直流伺服電動機(jī)所不具備的優(yōu)點(diǎn)，在要求高速、高精度的控制中，這種高性能交流伺服變頻器正在逐步代替直流伺服系統(tǒng)。

b.高頻變頻器

在超精密機(jī)械加工中常要用高速電動機(jī)。一般通用變頻器最高輸出頻率為400Hz，超過此值就稱為高頻變頻器。為了滿足驅(qū)動高速電動機(jī)的需要，出現(xiàn)了采用PAM控制的高頻變頻器，其輸出頻率可達(dá)3kHz，在驅(qū)動兩極異步電動機(jī)時，電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為18000r/min。

c.高壓變頻器

高壓變頻器是用來對高壓電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的。這種變頻器通常采用耐高壓的GTO作為逆變電路的開關(guān)器。輸出頻率可達(dá)120Hz，主要應(yīng)用于礦山機(jī)械、電力設(shè)備等領(lǐng)域中。高壓變頻器電壓等級為3kV、6kV、10kV，有高壓中、小容量變頻器和高壓大容量變頻器。

d.單相變頻器

單相變頻器主要用于輸入單相交流電源，對三相交流電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的場合。

六、分類總結(jié)

最后，以思維導(dǎo)圖，對變頻器的分類做個總結(jié)，便于記憶和掌握。

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審核編輯 黃宇