变频电源设计
单相正弦波变频电源设计
摘要随着现代工业和科技的发展，电源在工作、生活等方面的作用越来越重要但许多用户的用电设备并非直接使用通用交流电网提供的交流电作为电能源，而是通过各种形式对其进行变换，从而得到各自所需的电能形式。
把直流电能转变成交流电能供给负载的DC-AC逆变器，特别是正弦波逆变器，其种类繁多，应用领域广泛，优越性明显。
因此，高性能的逆变器成为目前电力电子领域的研究热点之一。
正弦脉宽调制(SPWM)逆变器作为逆变器的一种，可输出谐波含量小的正弦波形。
正弦波逆变电源已广泛用于基础直流电源、交流电源、各种工业电源、计算机电源，UPS 不间断电源、医疗和照明电源、雷达高压电源、音响和视频电源等。
随着数字化控制技术的发展，SPWM脉冲波的生成和逆变器的全数字化控制渐趋方便，并可使逆变器的输出波形的稳态精度、暂稳态响应、可靠性等得到进一步提高。
论文设计的单相正弦波逆变电源属于交流电源(AC-DC-AC逆变)。
该电源系统的设计包括主电路和控制电路。
论文首先介绍了逆变电源的发展现状；阐述了逆变系统的工作原理；对PWM技术和IGBT进行了简单介绍；分析了正弦脉宽调制的原理及其几种主要的调制方式；还研究了逆变电源主电路的参数，包括整流滤波电路，IGBT的选择，输出滤波参数的确定；最后介绍了系统的软件设计实现的具体过程，并给出了系统主程序流程图和中断流程图，程序清单。
关键词：逆变电源；正弦脉宽调制；IGBTAbstractWith the development of modern industry, science and technology, power supply becomes more and more important in work and life. But many users' devices can't work with AC directly provided by public electricity, which should be converted by power electronics technique to the forms needed. DC-AC inverters, especially sinusoidal inverters, which convert alternating current to direct current, are various, widely used and excellent. Therefore, High performance inverters have been one of points of power electronics.As one of inverters, Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) inverters can achieve low total harmonic distortion (THD) output wave. Sinusoidal Pulse Width Modulation(SPWM) inverters have been applied in the following aspects widely. They are DC power supply, AC power supply, industry power supply, computer power supply, UPS power supply, power supply of medical treatment and lighting, high voltage power supply of radar, power supply of sound and video frequency and so on. With the development of digital control techniques, the production of SPWM and digital control of inverters become convenient, which makes the output wave's steady-state precision, transient and steady-state response, reliability improved.Single-phase Sinusoidal Pulse Width Modulation Inverter Power Supply in this thesis belongs to AC power supply (AC-DC-AC convert). The power supply system includes the main circuit design and control circuits. The thesis presents the current situation and development trends of the inverters, discusses the inverter system's working principle and mathematic model; gives an outline of PWM technology and IGBT device; analyses the principles of the sine width modulate and major modulate methods; describes the major parameters of the system to identify, including the rectifier filter circuit, IGBT choice, the output filter parameters of. Finally, it introduces specific achieved process of software design in the last chapter, providing the system flow chart of main program and interrupt program, and program list.Key words: Inverter; SPWM;IGBT目录摘要 (I)Abstract (II)1. 概述 (1)1.1 逆变技术简介 (1)1.2 逆变器分类 (1)1.3 逆变技术的优越性 (1)1.4 逆变电源的性能 (2)1.5 逆变电源研究的技术现状 (2)1.6 逆变电源技术研究的发展趋势 (3)1.7 本文所做工作 (4)2. 逆变电路的基本理论 (6)2.1 逆变电路的基本工作原理 (6)2.2 电压型逆变电路 (6)2.2.1半桥逆变电路 (7)2.2.2全桥逆变电路 (8)2.2.3带中心抽头变压器的逆变电路 (11)2.3 IGBT有关知识 (11)2.3.1IGBT的工作原理 (12)2.3.2IGBT特性与参数特点 (12)2.3.3IGBT的保护 (15)3. SPWM波形工作原理 (16)3.1 PWM概述 (16)3.2 PWM波形原理 (16)3.3 SPWM的波形产生方法 (20)3.3.1硬件调制法 (20)3.3.2低次谐波消去法 (20)3.3.3软件生成法 (20)4. 系统硬件设计 (23)4.1 系统总体结构设计 (23)4.2 系统主电路设计 (24)4.2.1主电路分析 (24)4.2.1整流、滤波电路设计 (25)4.2.2IGBT的主电路 (26)4.2.3输出滤波环节 (30)5. 系统软件设计 (33)5.1 SPWM波形的实现方法 (33)5.2 软件设计流程图 (34)结论 (36)致谢.......................................... 错误!未定义书签。
为什么选择变频电源？变频电源的设计方案
为什么选择变频电源？变频电源的设计方案作为重要的电力设备，越来越多场所需要使用变频电源。
邮政技术研究院的电源技术总结了变频电源的研究、开发的生产经验，并为变频电源的设计提供了以下思路，供设计人员参考。
变频电源是电气系统的重要组成部分，其性能直接关系到整个系统的安全性和可靠性指标。
首选现代变频电源，因为它们具有明显的优势，例如低功耗，高效率和简单的电路。
变频电源的整个电路由AC-DC-AC滤波等组成输出电压和电流波形为纯正弦波，频率和幅度在一定范围内可调。
基于TMS320F28335的数字变频电源控制系统的设计有效地利用了TMS320F28335的大量片上硬件资源，实现了SPWM的不规则采样，并使用PID算法对该系统使用具有快速计算速度的高质量正弦波，精度高，灵活性好，系统可伸缩性强等优点。
根据不同的结构，变频电源可以分为两类：直接变频电源和间接变频电源。
本文讨论的变频电源使用间接变频结构，即AC-DC-AC转换过程。
首先，通过全桥单相整流电路完成AC-DC转换，然后在DSP 的控制下，将DC电源转换为三相SPWM波形，并发送至随后的滤波电路以形成标准正弦波。
频率转换系统控制器使用TI发行的业界首个浮点数字信号控制器TMS320F28335。
它具有150MHz的高速处理能力，32位浮点处理单元以及具有单个指令周期操作的32位累加，可以满足应用程序更快的代码性能。
与上一代领先的数字信号处理器相比，最新的F2833x浮点控制器不仅可以将性能平均提高50%，而且还具有精度更高，开发简化的软件以及与C28xTM定点控制软件兼容的特点。
变频电源可以提供世界上所有国家的标准线电压和频率。
输出电压和频率是连续的和数字可调的，正弦电压波形稳定而纯净，从而避免了网络干扰，变频电源适用于测试进出口电气产品的电压和频率。
单相正弦波变频电源设计
方案三：以单片机为控制核心，用顺序查表的方法将整个正弦波波形数据 顺序的经 DA 输出。此方案硬件稍微复杂，但其编程易于实现，且我们本身对 430 单片机有一定的认识，易于上手，经 DA 输出即可得到频率可控，且精度较高的 正弦信号。
考虑所生成信号的频率较低（20--100Hz），由于单片机+DA 生成波形的方案 易于实现，所以决定采用方案三，生成 SPWM 信号。
2、驱动电路的选择 方案一 采用集成半桥驱动芯片 集成半桥驱动芯片采用自举电容对高边 MOS 管进行驱动，如 IR 公司的
IR2110，采用该方案只需在芯片外围接少量元件就能完成一个半桥的驱动，简化 电路，便于调试，工作可靠性高。缺点是成本较高。
桥式电路，这种电路的优点有，所选用的功率管的耐压比推挽式降低一半，功率 管的存储时间对电路工作影响不大，变压器不需要中心抽头。易于实现 SPWM 波
的控制。
（3）保护电路设计 过流保护电流如图所示，Switch 端接单片机，继电器触点串接于主电路中，
当单片机检测到主电路电流大于 2A 时，输出高电平使三极管导通，断开继电器 常闭触点，切断主电路，起到保护作用，提高系统的安全性。
可使测量仪表和保护装置标准化，使二次设备结构轻巧，价格便宜； 使二次回 路不受一次回路限制，接线灵活，维护、调试方便；使二次与一次高压部分隔离， 且二次可设接地点，确保二次设备和人身安全。因此，我们采用这种方案 。
4、输入输出方案 由于本题目对输入要求较低，只要求输出目标频率的正弦波，我们采取了
相正弦波变频电源设计
三相正弦波变频电源设计(总21页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--摘要随着电力电子技术的迅速发展，将是电源技术更加成熟，经济，实用，实现高效率和高品质用电结合。
变频电源随即而出现，变频电源被广泛应用于各个领域，是变频调速的核心所在。
变频器电源主要用于交流电机的变频调速，其在电气传动系统中占据的地位日趋重要，已获得巨大的节能效果。
该次课设为使用protel设计一个输出频率范围为20~100HZ，输出线电压有效值为36V，最大负载电流有效值为3A，负载为三相对称阻性负载（Y型接法）的三相正弦波变频电源的课程设计。
关键词：变频电源 protel 三相正弦波变频电源目录摘要 ............................................................................................... 错误!未定义书签。
1三相正弦波变频电源设计要求 ................................................ 错误!未定义书签。
2 三相正弦波变频电源系统设计方案比较 ................................ 错误!未定义书签。
整流滤波电路方案............................................................... 错误!未定义书签。
斩波电路方案....................................................................... 错误!未定义书签。
绝缘栅控双极型晶体管IGBT驱动电路方案 ..................... 错误!未定义书签。
逆变电路方案....................................................................... 错误!未定义书签。
电力35组三相变频电源设计报告【精选文档】
由于AD采样得到的是正弦信号的幅值 、 ，由 , 即可得到有效值。
四
4.1
单片机产生SPWM波形主程序程序流程图如下图所示（图3-1）
图2程序流程图
4
SPWM波的产生，首先存入单片机的1000点正弦表，读取正弦表每两个点之间的时间间隔既可决定输出正弦波的频率，而正弦表两个点之间时间间隔由定时器T12决定。对于不同频率计算出正弦表中每两点对应的计数值n，作为T12的周期值，同时将周期数进行累加，在T12周期中断时，将累加值取出作为递增角度偏移，并将查表所得正弦值作为比较值赋给比较寄存器。通过外部按键可改变n，即可改变输出正弦波频率，进而实现变频的功能。
分别表示相电压和线电压的有效值。
因此当线电压的有效值 ，各相相电压的有效值 ，每相中的电流称为相电流 ，火线中的电流成为线电流 ，在Y形连接中相电流等于线电流 = 。
每相负载的功率为
=
其中 分别表示相电流的有效值、每相中电流和电压的相位差，由于Y形负载要求负载严格对称，因此每相中电流和电压的相位差都是相等的。所以三相的总功率为
方案二：采用自然采样法。以正弦波为调制波，等腰三角波为载波进行比较，在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断，这就是自然采样法。其优点是所得SPWM波形最接近正弦波。
方案的选择：方案二由于计算繁琐，不适用于数字控制器实现。而对于现在的控制器来说，软件可以生成一个较大的正弦表，使得计算变得简单，减轻单片机的工作量，故本设计采用方案一。
1
根据题目的要求将交流电经整流后，经过逆变从而产生三相正弦波电源。而实现三相正弦波变频电源的关键在于逆变过程。对于小功率逆变电路一般都采用PWM技术，为了实现正弦波变频电源，本设计采用了SPWM技术。实现SPWM有以下几种方案。
20KVA变频电源硬件结构设计
检测控制电路
在数字控制系统中，控制参数的设计有两种途径,一种是先把被控对象进行离散化，然 后再设计数字控制参数；另一种是先在连续的时域内设计控制器参数，再把设计的控制 器离散化，本文选取第二种方案。 这里介绍电压瞬时值控制方法。此外为了保证输出波形有效值精度，在瞬时值环外加了 一个平均值环来对输出波形的幅值进行调整，这样内环通过瞬时值控制获得快速的动态 特性，保证输出畸变率较低，外环使用输出电压平均值控制，保证输出电压的精度。 对于负载不对称检测，通过取样电阻取样每项负载电流，取样信号经过差分放大电路放 大后整流输出送至DSP的A/D采样端口，当采样到有电流输出就认为负载没有缺相，此 时不做缺相动作，也即Pload为低电平；负载不平衡时候，取样电阻获得信号大小不一 样大，经过放大后给DSP采样，同时电流互感器获得的信号经过整流滤波后也送至DSP， 这样就有四路信号可供处理，为了保证准确性，这两路信号相与后来判断负载不平衡， 如果检测到负载不平衡或者不对称，Pload为高电平，打开继电器，断开输入电源。保 护点在实际中调整，具体电路见原理图。 频率检测算法用来检测系统输出电压的频率。用TMS320F2812片上事件管理器模块的 捕获单元捕捉被测信号的有效电平跳变沿，并通过内部的计数器记录一个周波内标频脉 冲个数，最终进行相应的运算后得到被测输出电压的频率。
所示的电路方框图简单地描述了采用UCC28019作为控制芯片的有源功率因数校正的 工作原理，栅极驱动信号由电流放大器的输出信号和电压误差 放大器的输出信号经脉 冲宽度比较器调制而成。
校正原理图
PFC电路主要参数计算 首先系统设计的PFC功率在350W，输入电压范围在150-260V，PFC输出电压为 400V，65kHz工作频率下，此可以计算出如下参数： 1.最大平均输出电流：
SPWM单相变频电源设计 (3)
参考文献
❖ 系统方案
一种基于PIC系列单片机的SPWM逆变电源 单相10kVA测量用变频电源的研究
❖ 参数计算
单相10kVA测量用变频电源的研究 单相SPWM逆变电源仿真设计
❖ 算法思想
三种SPWM波形生成算法的分析与实现
❖ IR2110输入输出时序图
简 单 负 偏 压 驱 动 电 路
系统设计指标
测试项目
输出频率 输出频率可调范围 输出电压有效值 输出正弦波电压谐波总含量 DC-AC逆变器效率
过流保护 工作参数显示
基本(发挥)2±0.5V
THD≤5% 15Ω η≥70%
动作电流2.0±0.1A
驱动隔离模块IR2110
❖ IR2110基本特性参数
逻辑电源电压范围5～15V 逻辑电源地和功率地之间允许有±5V的偏移量
工作频率高，可达500kHz 开通、关断延迟小，分别为120ns和94ns 图腾柱输出峰值电流为2A
驱动隔离模块IR2110
❖ IR2110功能框图
驱动隔离模块IR2110
单片机
过温保护 过流保护 过压保护
单相全桥逆变电路工作原理
u UV
Ud 驱动VT1、VT4
驱动 VT1、VT4
0
驱动 VT2、VT3
t
VT1
VT3
i0
（a）负载电压
Ud
U
i0
VD1 Z
VD3 0
t
V
i0
T（b）电阻负载电流波形
T2
3T
VT2
VT4
0
4
4
T
t
VD2
VD4
VD1VD4VT1VT4VD2VD3VT2VT3
三相正弦波变频电源的设计——理工类毕业设计
中文摘要本论文设计的是一个三相正弦波变频电源，即当输入电压为220V，50Hz时，输出为线电压有效值≥36V，输出频率范围20Hz~100Hz，满足了工业设备和家用电器的需求，特别是应用于电动机调速。
本设计从硬件和软件两方面设计，利用PIC系列单片机具有A/D转换模块，CCP模块，LCD驱动模块的优点，将PIC单片机与输入设备（键盘），输出设备（LCD显示器）连起来构成测量显示电路。
将PWM信号控制逆变电路，控制该脉冲的宽度改变输出电压的幅值，改变脉冲的调制周期来改变输出电压的频率。
在测量交流电压时，通过真有效值转换电路，可以测得电压的有效值，通过ADC模块，将测量的电压有效值显示在LCD显示器上，利用I/V，F/V转换器，同样可测得电流，频率。
PIC系列单片机采用的是RISC精简指令集及其独立分开的数据总线和指令总线的哈佛结构，具有指令集小和简单易学等特点，且允许其指令码的位数多于8位的数据位数，PIC16F877数中级系列产品，其指令有37条，每条指令的字长为14位。
关键词：三相正弦波；变频；正弦波脉冲宽度调制；PWMⅠAbstractThis thesis is a three-phase sine wave inverter power supply, that is to say, when the input voltage is 220V and 50Hz, the output for the line voltage is over 36V, and the output frequency is range from 20Hz to 100Hz.It is used to meet the needs of industrial equipment and household appliances.In particular, it is applied to motor speed. The design is from both hardware and software,which uses PIC MCU with A / D converter module, CCP modules, LCD driver module. The advantages of the PIC MCU are the input device (keyboard) and output device (LCD display) with up and form measurement display circuit. PWM signal is used to control the inverter circuit. Control the pulse width changes the output voltage amplitude, pulse modulation period changed to change the frequency of the output voltage. In the measurement of AC voltage, through the RMS conversion circuit, the RMS voltage can be measured through the ADC module.The measured voltage is displayed on LCD monitors, the use of I / V, F / V converter, the same can be measured current, frequency. PIC MCU uses a RISC Reduced Instruction Set and independent separate data bus and instruction bus of the Harvard architecture, instruction set that has the characteristics of small and easy to learn, and to allow their script more than 8 bits of data bits , PIC16F877 number of intermediate products, the instructions are 37, each instruction word length to 14.Key words: three-phase sine wave;vary frequency; sinusoidal pulse width modulation;PWMⅡ目录中文摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章绪论 (1)1.1 课题的目的意义 (1)1.2 近年来国内外研究现状 (1)1.3 基本要求 (2)1.4 设计要求 (2)第二章方案论证 (3)2.1 AC-DC模块 (4)2.2 DC-DC模块 (4)2.2.1 MOSFET驱动电路 (5)2.2.2 PWM波产生电路 (6)2.3 DC-AC模块 (7)2.4 测量模块 (12)2.4.1 电压测量 (12)2.4.2 电流测量 (12)2.4.3 频率测量 (12)2.4.4 功率测量 (14)2.5 控制模块 (14)第三章硬件部分设计 (15)3.1 整流滤波电路 (15)3.2 斩波和驱动电路 (15)3.3 逆变和驱动电路 (17)3.4 过压过流告警电路 (20)3.5 真有效值转换电路 (22)3.6 单片机及其外围电路 (24)3.7 电源电路 (28)第四章软件部分设计 (30)4.1 PWM波的实现 (30)4.2 ADC的实现 (31)Ⅳ4.2.1 ADC模块的操作编程 (31)4.3 矩阵式键盘的设计 (32)4.4 液晶显示驱动的设计 (33)4.5 SPWM波的实现 (35)4.6 系统总体软件设计 (36)第五章系统测试 (38)5.1 测试仪器与设备 (38)5.2 指示测试 (38)结论 (42)参考文献 (43)致谢 (44)附录一 (45)附录二 (46)附录三 (47)Ⅳ第一章绪论随着电力电子技术的发展，正弦波输出变压变频已被广泛应用在各个领域中，同时对变压变频电源的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求，对逆变器输出波形质量的要求主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好。
大功率变频电源的优化设计
大功率变频电源的优化设计大功率变频电源是现代电力系统中重要的组成部分，其作用是将高电压交流电转换为低电压直流电，以满足电子设备对不同电压的需求。
目前，随着技术的进步和市场的需求，大功率变频电源的应用范围也越来越广泛。
如何优化设计大功率变频电源以提高效率、稳定性和安全性，是当前电源领域面临的挑战和重点研究的问题之一。
一、大功率变频电源的结构与工作原理大功率变频电源由输入电源单元、滤波单元、逆变单元、控制单元等几个模块组成。
其工作原理是将高电压的交流电输入到输入电源单元进行整流、滤波以得到平稳的直流电；通过逆变单元将直流电转换为高频交流电，在输出电路通过滤波单元处理后提供给负载实现各种电器设备的正常工作。
控制单元则对电源的输出电压、频率等进行控制和调节，确保电源输出的稳定和安全。
二、大功率变频电源的优化设计（一）提高效率大功率变频电源的效率通常在95%以上，但在实际应用中，由于各种因素的影响，效率可能会下降。
为了提高效率，需要在以下几个方面进行优化：1. 提高转换效率将输入电压调整到逆变单元电路的最佳输入点，可以提高电源的转换效率。
通过引入功率因数校正电路，降低杂波电流和谐波污染，也可有效提高电源的效率。
同时，在滤波单元和电容器的选择上，要选用低损耗、高效能的器件，以降低能耗并提高转换效率。
2. 加强散热能力散热问题也是影响电源效率的重要原因。
在设计时，应加强散热能力，在逆变单元和控制单元等模块上设置散热器或风扇以提高散热效果。
同时，合理选择散热材料和散热方式，如使用铜基板和散热管等，也有助于提升散热性能和电源效率。
（二）提高稳定性大功率变频电源的稳定性，主要包括输出电压稳定性、频率稳定性和波形稳定性。
对于这些稳定性问题，优化设计的方法包括：1. 选择适当的控制策略控制单元的设计是影响电源稳定性的关键因素。
因此，应根据电源的特点和负载的需求，选择适当的控制策略。
比如，使用开关功率供应器作为逆变单元，就需要采用PWM控制方式，可以提高电源的精度和响应速度。
变频电源课程设计
变频电源课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解变频电源的基本概念、工作原理及其在工业中的应用。
2. 学生能够掌握变频电源的关键技术参数，如频率、电压、电流等，并了解它们之间的关系。
3. 学生能够解释变频调速的原理，掌握变频器的选型和使用方法。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识分析实际工业电路中变频电源的使用情况，提出合理的变频调速方案。
2. 学生能够独立操作变频器，进行简单的参数设置和故障排查。
3. 学生能够运用实验工具和仪器进行变频电源实验，提高实践操作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对电力电子技术、自动化控制技术的兴趣，激发创新意识。
2. 学生通过学习变频电源知识，认识到节能减排的重要性，增强环保意识。
3. 学生在团队协作中培养沟通、交流和合作能力，提高解决问题的自信心。
课程性质：本课程为电子与自动化专业的高年级课程，注重理论联系实际，强调实践操作能力的培养。
学生特点：学生具备一定的电子技术基础和动手能力，对新技术和新设备具有较强的求知欲。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重启发式教学，引导学生主动探究，提高学生的实践操作能力和创新能力。
在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 变频电源基础知识- 变频电源的定义、分类及工作原理- 变频器的结构、功能及选用原则2. 变频调速技术- 变频调速的基本原理及方法- 变频调速系统的组成及性能分析- 变频器参数设置与调试方法3. 变频电源应用案例- 工业电机变频调速案例分析- 变频电源在节能改造中的应用案例4. 实践操作环节- 变频器操作与调试实践- 变频调速系统的故障排查与分析- 实验报告撰写与成果交流教学内容安排与进度：1. 第1-2周：变频电源基础知识学习，结合教材第1章内容进行讲解。
2. 第3-4周：变频调速技术学习，结合教材第2章内容进行讲解与实践。
3. 第5-6周：变频电源应用案例分析，结合教材第3章内容进行讲解。
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变频电源设计
沃森变频电源考虑到电器产品使用率越来越高，人们对电器产品的要求也越来越高，那么变频电源制作是否满足消费者呢？下面就简单讲一下沃森关于变频电源设计方面的事情。
由于不同行业不同消费者对于电源的使用要求是不同的，变频电源对于电子、科研等等领域都有非常重要的作用，科研领域，实验室的实验结果要想更加的精确，也需要使用变频电源进行测试。
所以需要变频电源在设计时应该满足的是人们各种使用要求，这也是消费者在购买变频电源时首先关注的问题，那么变频电源的设计需要考虑哪些方面呢？
变频电源的功能设计关系到电源的基本使用状况，对于不同的使用者来说，可能需要重点关注的功能是不同的，侧重点不用，可能在选购电源产品时的要求就不同。
不过变频电源最基本的调频调压稳频稳压作用都是必须具备的。
变频电源的外观设计主要是为了保证在复杂环境中使用时，能够一直保持较优越的性能。
这里的复杂环境不仅仅是指外部环境，还包括工业生产环境等各
种状况下满足对于变频电源的使用。
除了能保证产品的使用还要保证产品的外观。
消费者在挑选变频电源产品时，最注重的应该是功能和产品质量，沃森变频电源设计制造时充分满足这两个条件，毕竟变频电源是电器制造行业要等关键环节使用的。