通用变频器基本原理
变频器基本原理和作用
变频器基本原理和作用变频器（Inverter）是一种电力电子器件，其基本原理是将直流电能转换为可调频的交流电能。
它主要由直流输入电源、逆变桥、滤波电路、控制器和交流输出端组成。
变频器广泛应用于工业、航空、军事、交通等领域，并发挥了重要的作用。
下面将详细介绍变频器的基本原理和作用。
变频器的基本原理如下：1.直流输入电源：变频器的输入端接收来自交流电源的交流电压，并使用整流电路将其转换为直流电压。
通常使用整流电路+电容滤波器的方式进行直流电压平滑处理。
2.逆变桥：逆变桥是变频器的核心组件，它将平滑的直流电压转换为可调频的交流电压。
逆变桥由四个可控开关组成，通常是IGBT（绝缘栅双极型晶体管）或MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）。
3.滤波电路：逆变桥输出的交流电压含有较高频率的谐波成分，为了减小谐波影响，需要使用LC滤波器进行滤波。
LC滤波器通过选择合适的电感和电容来过滤谐波成分，使交流输出电压更接近正弦波。
4.控制器：变频器的控制器是变频器的大脑，它通过对逆变桥的开关控制来实现对输出电压频率和幅值的调整。
控制器通常由微处理器、运算放大器等芯片组成，利用脉宽调制（PWM）技术来控制逆变桥开关的导通和断开，从而控制输出电压的频率和幅值。
5.交流输出端：变频器的交流输出端将可调频的交流电能提供给负载。
根据应用需求，可以将交流输出端连接到电动机、电炉、照明设备等不同的负载上，实现对其速度、温度、亮度等参数的精确控制。
变频器主要有以下作用：1.节能降耗：传统的电动机驱动系统通常采用带有固定转速的交流电源，而变频器可以根据实际负载需求，调整电机的转速和输出功率，降低电机的无功损耗和机械能量的损耗，从而实现能量的经济利用。
2.频率调节：变频器可以调节电机的输出频率，从而实现对驱动设备的控制。
例如，变频器常用于电梯、空调、水泵等场合，可以根据需求调整其运行频率，提高设备的工作效率和使用寿命。
3.调速控制：传统的电动机驱动系统通常只能实现定速运行，而变频器可以通过调整输出频率，实现对电机的精确调速控制。
变频器基本结构和主要功能
4.1.3 变频器控制电路的基本组成和控制功能 （6）优化PWM控制 优化 控制 •特点：优化 特点： 特点 优化PWM所追求的则是实现电流谐波畸变 所追求的则是实现电流谐波畸变 率（THD）最小，电压利用率最高，效率最优，及 ）最小，电压利用率最高，效率最优， 转矩脉动最小以及其它特定优化目标。 转矩脉动最小以及其它特定优化目标。 其中应用广泛的马鞍形波与三角波比较法也就 是谐波注入PWM方式 方式(HIPWM)，其原理是在正弦波 是谐波注入 方式 ， 中加入一定比例的三次谐波， 中加入一定比例的三次谐波，调制信号便呈现出马 鞍形，而且幅值明显降低， 鞍形，而且幅值明显降低，于是在调制信号的幅值 不超过载波幅值的情况下， 不超过载波幅值的情况下，可以使基波幅值超过三 角波幅值，提高了直流电压利用率。 角波幅值，提高了直流电压利用率。
4.1.1 通用变频器的基本结构原理
图3-1 通用变频器的基本结构原理框图
4.1.1 通用变频器的基本结构
图3-2通用变频器的主电路电路原理 通用变频器的主电路电路原理
图3-3a 高性能矢量控制电压 型通用变频器硬件结构
3.1.1 通用变频器的基本结构原理
图3-3b 通用变频器硬件结构
4.1.2 通用变频器主电路的基本功能、组成和形式 1. 基本功能
4.1.2 通用变频器主电路的基本功能、组成和形式 2. 基本组成
（1）整流电路 ） 组成： 组成 ： VD1~VD6。 功能 ： 将工频交流电整流为脉动直流 。 功能： 当电源线电压为380V时， 整流器件的最大反向电压 电 。 当电源线电压为 时 一般为1000V，最大整流电流为通用变频器额定电流的2 一般为 ， 最大整流电流为通用变频器额定电流的 倍。 （2）滤波电路 ） 组成： 功能： 组成：C1、C2、R1、R2。功能：将脉动直流电变为较平滑 的直流电。原理：电容滤波原理、电阻分压原理。 的直流电。原理：电容滤波原理、电阻分压原理。
变频器的基本原理
变频器的基本原理
变频器是一种用于改变电源频率的电子设备，它采用电力电子器件来将输入直流电源转换为可调节的交流电源输出。
其基本原理如下：
1. 整流：首先，变频器将输入的交流电源通过整流电路转换为直流电流。
整流电路通常由二极管桥等组成，能够将交流电源的正、负半周分别转换为单一方向的直流电流。
2. 滤波：经过整流后得到的直流电流含有较大的脉动成分，需要通过滤波电路进行平滑。
滤波电路一般由电容器和电感器组成，能够将脉动成分去除，得到较为平稳的直流电源。
3. 逆变：经过滤波后得到的电流是直流电流，需要将其转换成交流电源输出。
逆变电路一般采用晶闸管、IGBT（绝缘栅双
极型晶体管）等器件，通过不断切换电源极性来生成不同频率、幅度的交流电流。
控制逆变电路开关频率和占空比，可以达到变频的目的。
4. 控制系统：变频器还配备了控制系统，用于监测输入输出电压、电流，以及控制逆变电路的开关频率和占空比。
控制系统常使用微处理器或FPGA（现场可编程门阵列）等数字控制芯片，通过接收外部信号或运算逻辑，动态调整变频器的工作状态，以满足不同的需求。
总的来说，变频器通过整流、滤波和逆变等过程将输入直流电源转换为可调节的交流电源输出。
通过控制系统的控制，可以
实现对输出频率和电压的精确调节，从而满足不同设备对电力供应的需求。
变频器基本原理
变频器基本原理变频器，也称为频率调节器，是一种能够调节电机转速和输出频率的电气设备。
它在工业生产中广泛应用，为电机提供了更加灵活和精确的控制方式。
本文将介绍变频器的基本原理及其工作原理。
一、变频器的定义和作用变频器是一种电子设备，它能够将固定频率的交流电源转换为可调节频率的交流电源，并通过控制输出频率来控制电机的转速。
它通过改变电源电压的频率和幅值，从而改变电机的运行状态，实现对电机的精确控制。
变频器在工业生产中起到了至关重要的作用。
它能够使电机在不同的工况下运行，适应不同的负载要求。
通过调节电源频率，可以实现电机的变速运行，并在启动过程中减小电机的启动电流。
同时，变频器还能够提高电机的工作效率，减少能源的消耗。
二、变频器的结构和工作原理1. 变频器的结构典型的变频器结构包括整流器、滤波器、逆变器和控制单元等组成。
整流器将输入的交流电源转换为直流电源，供给逆变器使用。
滤波器用于滤除直流电源中的杂散成分，保持逆变器输入的电压信号稳定。
逆变器则将直流电源转换为可调频率的交流电源，用于驱动电机。
控制单元是变频器的核心部分，通过接收命令信号和输入信号，对逆变器的输出频率进行调节，实现对电机的精确控制。
2. 变频器的工作原理变频器的工作原理基于电力电子技术和控制理论。
在启动过程中，控制单元给逆变器发送启动指令。
逆变器将直流电源转换为低频交流电源，通过变压器升压并输出给电机。
此时，电机根据输入的频率和电压信号运行。
通过控制单元的调节，可以改变输出频率和电压信号，从而实现对电机的精确控制。
三、变频器的优势和应用领域1. 变频器的优势变频器具有以下几个显著的优势：- 变速范围广：变频器可以实现电机的连续调速，速度范围广，适应不同的工况要求。
- 节能环保：变频器通过控制电机的转速和输出频率，实现了电机的高效运行，减少了能源的消耗，降低了环境污染。
- 提高生产效率：变频器能够精确控制电机的转速，提高生产效率，减少人工干预，提高产品质量。
变频器的工作原理
变频器的工作原理一、引言变频器是一种用于控制交流电动机转速的电子设备，广泛应用于工业生产中。
本文将详细介绍变频器的工作原理，包括基本原理、主要组成部分和工作过程。
二、基本原理变频器的基本原理是通过改变输入电源的频率来控制电机的转速。
传统的交流电源提供的电力是固定频率的，例如50Hz或60Hz，而变频器可以将输入电源的频率调节为不同的数值，从而改变电机的转速。
三、主要组成部分1. 整流器：变频器的输入电源通常为交流电，整流器用于将交流电转换为直流电。
整流器通常由整流桥电路组成，将交流电转换为直流电供给后续的逆变器使用。
2. 逆变器：逆变器是变频器的核心部件，它将直流电转换为可调频率的交流电。
逆变器通常由多个功率晶体管或IGBT组成，通过控制这些晶体管的开关状态，可以产生不同频率的交流电。
3. 控制单元：控制单元是变频器的大脑，它负责接收用户的指令，并根据指令控制逆变器的工作。
控制单元通常由微处理器和相关电路组成，可以实现多种功能，如速度控制、转矩控制等。
4. 过载保护装置：变频器通常配备过载保护装置，用于监测电机的负载情况。
当电机负载过大时，过载保护装置会自动切断电源，以保护电机和变频器不受损坏。
四、工作过程变频器的工作过程可以分为以下几个步骤：1. 输入电源经过整流器转换为直流电，并供给逆变器使用。
2. 控制单元接收用户的指令，根据指令控制逆变器的工作。
用户可以通过控制单元设置电机的转速、转矩等参数。
3. 逆变器根据控制单元的指令，控制功率晶体管或IGBT的开关状态，产生可调频率的交流电。
交流电的频率决定了电机的转速。
4. 变频器将调节后的交流电供给电机，电机根据输入的电源频率进行工作。
由于变频器可以调节输入电源的频率，因此可以实现电机的无级调速。
5. 过载保护装置实时监测电机的负载情况，当负载过大时，自动切断电源，保护电机和变频器。
五、应用范围变频器广泛应用于工业生产中，特别是需要对电机转速进行精确控制的领域。
变频器的基本工作原理
变频器的基本工作原理变频器是一种电力电子设备，可以将电源供应的电流和电压转换成可变频率和可变电压的输出，可以广泛应用于各种电力驱动系统中。
本文将介绍变频器的基本工作原理及其在电力驱动系统中的应用。
一、变频器的基本工作原理变频器主要由整流器、滤波器、逆变器、控制电路等组成。
整流器将交流电源转换成直流电源，滤波器用于消除直流电源中的脉动，逆变器将直流电源转换成可变频率的交流电源，控制电路用于控制变频器的输出电压和频率。
1. 整流器整流器是将交流电源转换成直流电源的电路。
根据不同的工作方式，整流器可以分为单相桥式整流器和三相桥式整流器。
单相桥式整流器适用于单相交流电源，三相桥式整流器适用于三相交流电源。
2. 滤波器滤波器是用于消除直流电源中的脉动的电路。
通常采用电容器和电感器组成的LC滤波器。
电容器可以消除高频脉动，电感器可以消除低频脉动。
3. 逆变器逆变器是将直流电源转换成可变频率的交流电源的电路。
逆变器可以分为两种类型：交流输出型逆变器和直流输出型逆变器。
交流输出型逆变器输出交流电源，直流输出型逆变器输出直流电源。
4. 控制电路控制电路用于控制变频器的输出电压和频率。
控制电路可以分为开环控制和闭环控制。
开环控制是根据输入信号的大小和形状直接控制输出电压和频率，闭环控制是根据反馈信号对输出电压和频率进行调整。
二、变频器在电力驱动系统中的应用变频器在电力驱动系统中的应用非常广泛，可以实现电动机的调速、节能和保护等功能。
下面将介绍变频器在电力驱动系统中的几种应用。
1. 电动机调速变频器可以实现电动机的调速功能。
通过控制变频器的输出频率，可以实现电动机的调速。
电动机调速可以实现电力系统的节能和优化控制。
2. 节能控制变频器可以实现电动机的节能控制功能。
通过控制变频器的输出电压和频率，可以实现电动机的最优工作点，从而实现节能控制。
3. 过载保护变频器可以实现电动机的过载保护功能。
当电动机负载过大时，变频器会自动降低输出电压和频率，从而保护电动机不受损坏。
通用变频器原理及应用
3.交流调速传动概述
目前人们所说的交流调速传动，主要是指采用电子式电力变换器对交流电动机的变频调速传动。除变频以外的另一些简单的调速方案，例如变极调速、定子调压调速、转差离合器调速等，虽然仍在特定场合有一定的应用，但由于其性能较差，终将会被变频调速所取代。
交流调速传动控制技术之所以发展得如此迅速，和如下一些关键性技术的突破性进展有关，它们是电力电子器件（包括半控型和全控型器件）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机的矢量变换控制技术、直接转矩控制技术、PWM（Pulse Width Modulation）技术以及以微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术等。
通用变频器原理及应用
四川机电职业技术学院.电子电气工程系
学习情境2：变频器的结构、原理分析-1
学习情境2：变频器的结构、原理分析 -1
了解矢量控制变频器基本原理； 认识通用变频器在采用不同分类方法的各类型变频器的特性； 掌握通用变频器的基本结构、原理； 掌握通用变频器的SPWM控制的实现和优势。
通用变频器的发展
60年代中期，普通晶闸管、小功率晶体管的实用化，使交流电动机变频调速也进入了实用化。采用晶闸管的同步电动机自控式变频调速系统、采用电压型或电流型晶闸管变频器的笼型异步电动机调速系统（包括不属变频方案的绕线转子异步电动机的串级调速系统）等先后实现了实用化，使变频调速开始成为交流调速的主流。
据统计，目前变频器中的开关器件，容量为 1500kW以下的采用IGBT；1000～7500kW的采用GTO。
（3）变频装置的高性能化
早期的变频调速系统，基本上是采用U/F控制，无法得到快速的转矩响应，低速特性也不好（负载能力差）。
1971年德国西门子公司发明了所谓“矢量控制”技术。一改过去传统方式中仅对交流电量的量值（电压、电流、频率的量值）进行控制的方法，实现了在控制量值的同时也控制其相位的新控制思想。使用坐标变换的办法，实现定子电流的磁场分量和转矩分量的解耦控制，可以使交流电动机像直流电动机一样具有良好的调速性能。
第1章通用变频器的基本工作原理1.1交直交变频器的基本
套三相桥式无环流反并联的可逆装置。正、反向两组晶 阐管按一定周期相互切换。正向组工作时，反向组关断， 在负载上得到正向电压；反向组工作时，正向组关断， 在负载上得到反向电压。工作晶阐管的关断通过交流电 源的自然换相来实现。这样，在负载上就获得了交变的 输出电压uo。
有的交一交变压变频装置用电抗器将输出电流强 制变成矩形波或阶梯波，具有电流源的性质，它 也是电流源型变频器。
注意几点：从主电路上看，电压源型变频器和电 流源型变频器的区别仅在于中间直流环节滤波器 的形式不同，但是这样一来，却造成两类变频器 在性能上相当大的差异，主要表现如下：
(1) 无功能量的缓冲 对于变压变频调速系统来说，变频器的负载是异
3、逆变电路——直－交部分
逆变电路是交－直－交变频器的核心部分，其中6个三 极管按其导通顺序分别用 VT1～VT6表示，与三极管反向并 联的二极管起续流作用。
按每个三极管的导通电角度又分为120°导通型和 180°导通型两种类型。
逆变电路的输出电压为阶梯波，虽然不是正弦波，却是 彼此相差120°的交流电压，即实现了从直流电到交流电的 逆变。输出电压的频率取决于逆变器开关器件的切换频率， 达到了变频的目的。
交－交变频器主要用于大容量交流电动机调速，几乎没 有采用单相输入的，主要采用三相输入。主回路有三脉波零 式电路（有18个晶闸管）、三脉波带中点三角形负载电路 （有12个晶闸管）、三脉波环路电路（有9个晶闸管）、六脉 波桥式电路（有36个晶闸管）、十二脉波桥式电路等多种。
用的最多的是六脉波桥式电路，又分为分离负载桥式电 路和输出负载Y联结两种型式。
U
额定电压
L n P 基频 f
图1.1.11 电压与频率之间的关系
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第6章
5． 高压变频器 我们通常所称的高压变频器，国外称为中压变频器 (Medium Voltage Drive)，它是相对于输电电网的电压等级而言，对应的电 源额定电压为690V～13.8kV，在这个电压范围，我国的电压等级为1500V、 3kV、6kV、10kV，国外认为这个电压范围为中压，故习惯将这个电压范围 的电动机称为中压电动机，相应的变频器称为中压变频器。我国则没有中 压输电电网的说法，习惯将这个电压范围的电动机称为高压电动机，相应 的变频器也通常称为高压变频器。这类变频器通常采用GTO、IGBT、 IGCT等大功率电力电子器件作为逆变器件，输出频率可以达到120Hz，在 风机、水泵、矿山机械、电力设备等领域广泛应用。
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第6章
3．专用变频器 专用变频器是为了满足某些特定应用场合的需要而设 计生产的，如用于油田抽油机、起重设备、塑料机械等的变频器。这些变 频器根据使用场合的特殊要求对变频器的某些性能进行了强化或对变频器 的结构进行了特殊设计。
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第6章
4．高频变频器 一般通用变频器的最高输出频率为400Hz~650Hz，超 过1000Hz就属于目前所称的高频变频器，最高输出频率可达3000 Hz，现在 的高频变频器可控制电动机的最高转速可以达到18000r／min。高频变频器 主要用于高速电动机驱动的场合，变频器通常采用PAM控制方式，在超精 密加工机械、纺织机械和高性能专用机械领域中，常常要用到高速电动机。
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第6章
6．单相变频器 单相变频器主要用于输入为单相交流电源的三相交流 电动机的场合。所谓的单相变频器是单相进、三相出，是单相交流220V输 入，三相交流200~240V输出，与三相通用变频器的工作原理相同，电路结
构基本相同；某些小容量的变频器还可以单相、三相共用。但应注意，同
块PCB电路板上，是通用变频器的核心部件之一 。
一变频器采用单相电源和三相电源时其可驱动的电动机最大容量并不相同， 这是由电源性质决定的。
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第6章
6.1.2 通用变频器的基本结构
通用变频器由主电路和控制电路组成。主电路主要包括整流电路、中 间直流电路和逆变电路三部分，其中，中间直流电路又由限流单元、滤波 器、制动电路、电源再生单元以及直流电源检测电路等组成。控制电路主 要由中央处理器(CPU)、A/D和D/A转换电路、I/O接口电路、通信接口电路、 输出信号检测电路、数字操作盘电路以及控制电源等组成。高性能矢量型 通用变频器由于采用了矢量控制方式，在进行矢量控制时需要进行大量的 运算，其运算电路中往往还有一个以数字信号处理器DSP为主的转矩计算 用CPU及相应的磁通检测和调节电路。
1． 通用变频器的主电路
(1) 整流电路 (2) 中间直流电路 (3) 逆变电路。
第6章
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第6章
图6-3 制动电路工作原理
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第6章
2． 通用变频器的控制电路
通用变频器的控制电路包括主控制电路、运算电路、信 号检测电路、控制信号的输入、输出电路、驱动电路和保护 电路等几个部分，在通用变频器中，全部控制电路装配在一
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第6章
1．风机、泵用变频器 风机、泵用变频器是一种以节能为主要目的的 通用变频器，多采用U/f控制方式，与其他类型的通用变频器相比，主要在 转矩控制性能方面是按降转矩负载特性设计，起动转矩相比其他控制方式 要小一些。这类变频器价格较低。
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2．矢量控制型变频器 矢量控制型变频器采用矢量控制方式或直接转 矩控制方式，并充分考虑了通用变频器应用过程中可能出现的各需要， 特殊功能还以选件的形式供用户选择，为满足应用需要，在系统软件和硬 件方面都做了相应的功能设置，其中重要的一个功能特性是零速时的起动 转矩和过载能力，通常起动转矩在150％~200％范围内，甚至更高，过载能 力可达150％以上，一般持续时间为60秒。高性能矢量控制型通用变频器广 泛应用于各类生产机械装置，如机床、塑料机械、生产线、传送带、升降 机械以及电动车辆等对调速系统性能和功能有较高要求的场合，市场价格 略高于风机、泵用变频器。
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第6章
通用变频器的基本结构原理框图
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第6章
富士FRENIC5000G9S/P9S通用变频器的硬件结构图
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第6章
第6章 通用变频器的基本原理
6.1 通用变频器的分类与基本结构 6.2 变频调速时的机械负载特性
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第6章
6.1 通用变频器的分类与基本结构
6.1.1 通用变频器的分类
通用变频器按其主电路的结构形式有交-交变频器和交一直-交变频器两 大类。交一直-交变频器按直流环节的储能方式分为电压型变频器和电流型 变频器；按其逆变器开关方有PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制方式、 PWM(Pulse Width Modulation)控制方式和高频载波SPWM控制方式三种； 按其逆变器控制方式有U/f控制方式、转差频率控制方式、矢量控制方式和 直接转矩控制方式等；按其功能用途有风机、泵用变频器、矢量控制型变 频器、高频变频器、中频变频器、专用变频器和单相变频器等。