变频调速的基本原理

变频器多段速度控制

1．变频调速的原理

异步电机的转速n可以表示为

式中，n2为同步转速，Δn1为转差损失的转速，p为磁极对数，s为转差率，f为电源的频率。可见，改变电源频率就可以改变同步转速和电机转速。

频率的下降会导致磁通的增加，造成磁路饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热。显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压。这就要求频率与电压协调控制。此外，在许多场合，为了保持在调速时，电动机产生最大转矩不变，亦需要维持磁通不变，这亦由频率和电压协调控制来实现，故称为可变频率可变电压调速（VVVF），简称变频调速。

实现变频调速的装置称为变频器。变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器（MCU／DSP）等部分组成。首先将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后，形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。在这里，通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速对U/f协调控制的要求。PWM的优点是能消除或抑制低次谐波，使负载电机在近似正弦波的交变电压下运行，转矩脉冲小，调速范围宽。

2．电机调速的分类

按变换的环节分类

（1）交-直-交变频器，则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器。

（2）可分为交-交变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器

按直流电源性质分类

（1）电压型变频器

电压型变频器特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合。

（2）电流型变频器

电流型变频器特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流源型变频器（电流型）。电流型变频器的特点（优点）是能扼制负载电流频繁而急剧的变化。常选用于负载电流变化较大的场合。

按主电路工作方法

电压型变频器、电流型变频器

按照工作原理分类

可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等

按照开关方式分类

可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器

按照用途分类

可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。此外，变频器还可以按输出电压调节方式分类，按控制方式分类，按主开关元器件分类，按输入电压高低分类。

按变频器调压方法

PAM变频器是一种通过改变电压源Ud 或电流源Id的幅值进行输出控制的。

PWM变频器方式是在变频器输出波形的一个周期产生个脉冲波个脉冲，其等值电压为正弦波，波形较平滑。

3．变频器的应用

通常，家用电器用得最多的是单相异步电动机，靠电容或电阻来分相。电机在工作时常处于短时重复状态（开／停），如空调、冰箱等。这样势必带来起动频繁、噪声大、电机寿命短、温度稳定性差以及能耗高等一系列弊端。变频调速技术的应用不但给这些家电产品带来功能的增加、性能的改善，而且具有明显的节能效果和降噪效果，同时使整机寿命较传统家电有明显提高。

异步电机调速有许多方法，如变极调速、变转差率调速和变频调速等。前两种转差损耗大，效率低，对电机特性来说都有一定的局限性。变频调速是通过改变定子电源的频率来改变同步频率实现电机调速的。在调速的整个过程中，从高速到低速可以保持有限的转差率，因而具有高效、调速范围宽（10～100％）和精度高等性能，节电效果可达到20～30％。

变频调速有两种方法：一是交－直－交变频，适用于高速小容量电机；二是交－交变频。适用于低速大容量拖动系统。

变频空调器按照其室内风扇电机、室外风机及压缩机的类型，可分为3A和3D变频空调器。对于室内、室外风机和变频压缩机均为交流（AC）形式的变频空调器，一般称之为3A变频空调器；而对于室内、室外风机和变频压缩机均为三相直流无刷电机（DCBLM）形式的变频空调器，一般称之为3D变频空调器。后者价位远高于前者，仅物料成本就高于同功率的3A变频空调器近300元，而且开发难度较大，空调系统和控制器的配合复杂度较高。

4．变频器的厂家

国产品牌：

森兰、佳灵、易能、海利普、海利、乐邦、信诺、科姆龙、阿尔法、日锋、、时代、博斯特、高邦、开拓、正弦、塞普信、惠丰、赛普、韦尔、华为、安圣、安邦信、嘉信、日普、四方、格立特、康沃、吉纳、日川、威科达、德力西、英威腾、春日、爱迪生等品牌的变频器

欧美品牌：

ABB变频器、SEW变频器、伦次变频器、施耐德变频器、CT变频器、科比变频器、西门子变频器、欧陆变频器、G.E.变频器、瓦萨变频器、佛斯变频器、西威变频器、AB变频器、艾默生变频器、罗宾康变频器、安萨尔多变频器、博世力士乐等。

日本品牌：

富士变频器、三菱变频器、安川变频器、欧姆龙变频器、松下变频器、东芝变频器、超能士变频器、东冈变频器、东川变频器、三垦变频器、卡西亚变频器、东洋变频器、日立变频器、明电舍变频器等

台湾品牌：

欧林变频器、台达变频器、东达变频器、普传变频器、东菱变频器、利佳变频器、宁茂变频器、三基变频器、泓筌变频器、东力变频器、凯奇变频器、盛华变频器、爱德利变频器、士林变频器、东元变频器、三川变频器、东炜庭变频器、富华变频器、台安变频器、隆兴变频器、九德松益变频器、腾龙变频器、创杰变频器等。

其它品牌：

米高变频器、荣奇变频器、凯奇变频器、时运捷变频器、汇川变频器、誉张变频器、天宠变频器、融商通达变频器、LG变频器、现代变频器、大宇变频器、三星变频器等。