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变频器种类

作者：工控学徒 2010年8月5日

    在介绍变频器的种类时我们将遇到变频器的分类方式的问题。变频器的分类可以有多种方式，例如可以按其主电路工作方式进行分类，可以按其开关方式进行分类，可以按其控制方式进行分类，还可以按其用途进行分类。下面就根据这几种分类方法对变频器进行简单介绍，以使对变频器尚不太热悉的读者能够对变频器有一个整体上的了解。

    （1）按照主电路工作方式分类。当按照主电路工作方式进行分类时，变频器可以分为电压型变频器和电流型变频器。电压型变频器的待点是将直流电源转换为交流电源，而电流型变频器的特点则是将直流电流源转换为交流电源。

    1）电压型变频器。在电压型变频器中，整流电路或者斩波电路产生逆变电路所需要的直流电压，并通过直流中间电路的电容进行平滑后输出；整流电路和直流中间电路起直流电压源的作用。而电压源输出的直流电压在逆变电路中被转换为具有所需频率的交流电压。
    在电压型变频器中，由于能量回馈给直流中间电路的电容，并使直流电压上升，还需要有专用的放电电路，以防止换流器件因电压过高而被破坏。
    2）电流型变频器。在电流型变频器中，整流电路给出直流电流，并通过中间电路的电抗将电流进行平滑后输出。整流电路和直流中间电路起电流源的作用，而电流源输出的直流电流在逆变电路中被转换为具有所需频率的交流电流，并被分配给各输出相后作为交流电流提供给电动机。在电流型变频器中，电动机定子电压的控制是通过检测电压后对电流进行控制的方式实现的，对于电流型变频器来说，在电动机进行制动的过程中可以通过将直流中间电路的电压反内的方式使整流电路变为逆变电路，并将负载的能量回馈给电源。
    由于在采用电流控制方式时可以将能量回馈给电源，而且在出现负载短路等情况时也更容易处理，电流利控制入式更适合于大容量变频器，
    电压型变频器和电流型变频器主电路的结构因其使用的换流器件的不同而有多种形式。关于这些电路的基本结构，可以参考其他有关资料。

    （2）按照开关力式分类。当谈到变频器的开关方式时通常讲的都是变频器逆变电路的开关方式。而在按照逆变电路的开关方式对变频器进行分类时，则变频器可以分为PAW控制方式，PWM控制方式和高载频PWM控制方式二种。

    1）PAM控制。PAM控制是Pulse Amplitude Modulation（脉冲振幅调制）控制的简称，是一种在整流电路部分对输出电压（电流）的幅值进行控制，而在逆变电路部分对输出频率进行控制的控制方式。因为在PAM控制的变频器中逆变电路换流器件的开关频率即为变频器的输出频率，所以这是一种同步调速力式。
    由于逆变电路换流器件的开关频率（以下简称载波频率）较低，在使用PAM控制方式的变频器进行调速驱动时具有电动机运转噪声小，效率高等待点。但是，由于这种控制人式必须向时对整流电路和逆变电路进行控制，控制电路比较复杂。此外，这种控制方式也还具亩当电功机进行低速运转时波动较大的缺点。
    2）PWM控制。PWM控制是Pulse Amplitude Modulation（脉冲宽度调制）控制的简称，是在逆变电路部分同时对输出电压（电流）的幅值和频率进行控制的控制方式。在这种控制方式中，以较高频率对逆变电路的半导体开关元器件进行开闭，并通过改变输出脉冲的宽度来达到控制电压（电流）的目的。
    为了使异步电动机在进行调速运转时能够史加平滑，目前在变频器中多采用正弦波PWM控制方式。所谓正弦波控制方式指的是通过改变PWM输出的脉冲宽度，使输出电压的平均值接近于正弦波。这种控制方式也称为SPWM控制。
    采用PWM控制方式的变频器具有可以减少高次谐波带来的各种个良影响，转矩波功小，而且控制电路简单，成本低等特点，是目前在变频器中采用最多的一种逆变电路控制方式；但是，该入式也具有当载波频率不合适时会产生较大的电动机运转噪声的缺点。为了克服这个缺点，在采用PWM控制方式的新型变频器中都具有一个可以改变变频器载波频率的功能，以便使用户可以根据实际需要改变变频器的载波频率，从而达到降低电动机运转噪声的目的。
    3）高载频PWM控制。这种控制方式原理上实际是对PWM控制方式的改进，是为了降低电动机运转噪声而采用的一种控制方式。在这种控制方式中，载频被提高到人耳可以听到的频率（10—20kHz）以上，从而达到降低电动机噪声的目的。这种控制方式主要用于低噪声则的变额器，也将是今后变频器的发展方向；由于这种控制方式对换流器件的开关速度有较高的要求、所用换流器件只能使用具有较高开关速度的IGBT或MOSFT等半导体元器件，目前在大容量变频器中的利用仍然受到一定限制。但是，随着电力电子技术的发展，具有较高开关速度的换流，元器件的容量将越来越大，所以预计采用这种控制方式的变频器也将越来越多。
    PWM控制和高载频PW M控制都属于异步调速方式，即变频器的输出频率不等于逆变电路换流器件的开关频率。

    （3）按照工作原理分类。当按照下作原理对变频器进行分类时．按变频器技术的发展过程可以分为V/f控制方式、转差频率控制方式和矢量控制方式三种。下面我们将分别介绍一下这三种控制方式的特点。

    1）V/f控制变频器。V/f控制是一种比较简单的控制方式。它的基本特点是对变频器输出的电压和频率同时进行控制，通过使V/f（电压和频率的比）的值保持一定而得到所需的转矩特性。采用V/f控制方式的变频器控制电路成本较低，多用于对精度要求不太高的通用变频器。
    2）转差频率控制变频器。转差频率控制方式是对V/f控制的一种改进。在采用这种控制方式的变频器中，电动机的实际速度由安装在电动机上的速度传感器和变频器控制电路得到，而变频器的输出频率则由电动机的实际转速与所需转差频率的和被自动设定，从而达到在进行调速控制的同时控制电动机输出转矩的目的。
    转差频率控制是利用了速度传感器的速度闭环控制，并可以在一定程度上对输出转矩进行控制，所以和V/f控制方式相比．在负载发热较大变化时仍能达到较高的速度精度和具有较好的转矩特性。但是，由于采用这种按制方式时需要在电动机上安装速度传感器，并需要根据电动机的特件调节转差，通常多用于厂家指定购专用电动机，通用性较差。
    3）矢量控制变频器。矢量控制是20世纪70年代由西德Blaschke等人率先提出来的对交流电动机的—种新的控制思想利控制技术，也是交流电动机的一种理想的调速方法。矢量控制的基本思想是将异步电动机的定子电流分为产生磁场的电流分量（励磁电流）和与其相垂直的产生转距的电流分量（转矩电流）计分别加以控制。出于在这种控制方式中必须同时控制异步电动机定子电流的幅佰和相依，即控制定于电流矢量，这种控制方式称为矢量控制方式。
    矢量控制方式使对异步电动机进行高性能的控制成为可能。采用矢量控制方式的交流调速系统不仅在调速范围上可以与直流电动机相匹放，而且可以直接控制异步电动机产生的转矩。所以已经在许多需要进行精密控制的领域得到了应用。
    由于在进行矢量控制时需要准确地掌握对象电动机的有关参数，这种控制方式过去主要用于厂家指定的变频器专用电动机的控制。但是，随着变频调速理论和技术的发展以及现代控制理论在变频器中的成功应用，日前在新型矢量控制变频器中已经增加了自调整（Auto-tuning）功能。带有这种功能的变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对电动机的参数进行辨识并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而使得对普通的异步电动机进行仑效的欠量控制也成为可能。

    （4）按照用途分类。在上而介绍的变频器分类方式中我们是按照变频器的丁作原理对其进行分类的，仅是，对于一个变频器的用户来说，他关心更多的也可能足变频器的用途而不是其工作原理。厂面，我们介绍一下按照用途对变频器进行分类时变频器的种类。

    当按照用途对变频器进行分类时变频器可以分为以下几种类型。
    1）通用变频器。顾名思义，通用变频器的特点是其通用件。这里通用件指的是通用变领器可以对普通的异步电动机进行调速控制。随着变频器技术的发展和市场需要的不断扩大，通用变频器也在朝着两个方向发展：低成本的简易型通用变频器和高性能多功能的通用变频器。这两类变频器分别具有以下特点。
    简易型通用变频器是一种以节能为主安目的而削减了一些系统功能的通用变频器。它主要应用于水泵、风扇、鼓风机等对系统的调速性能要求不高的场所，并具有体积小，价格低等方面的优势。
    高性能多功能通用变频器在设计过程中充分考虑了在变频器应用汇总可能出现的各种需要，并为满足这些需要在系统软件和硬件方面都做了相应的淮备。在使用时，用户可以根据负载特性选择算法并对变频器的各种参数进行设定，也可以根据系统的需要选择厂家所提供的各种选件来满足系统的持殊需要。高性能多功能变频器除了可以应用于简易型变频器的所有应用领域之外，还广泛应用于传送带、升降装置以及各种机床、电动车辆等对调速系统的性能和功能有较高要求的许多场合。
    过去，通用型变频器基本上采用的是电路结构比较简单的V/f控制方式，与采用转矩矢量控制方式的高性能变频器相比，在转矩控制性能方面要差一些。但是，随着坐频器技术的发展和变频器参数自整的实用化，目前一些厂家已经推出了采用矢量控制方式的高性能多功能通用变频器，以适应竞争日趋激烈的变频器市场的需要。这种高件能多功能通用变频器在性能上已经接近过去的高性能矢量控制变频器，在价格方面却与过去采用V/f控制方式的通用变频器基本持平。因此，可以相信，随着电力电子技术和计算机技术的发展，今后变频器的性能价格比将会木断提高。
    2）高性能专用变频器。随着控制理论，交流调速理论和电力电子技术的发展，异步电动机的矢量控制方式得到了充分地重视和发展，采用矢量控制方式高性能变频器和变频器专用电动机所组成的调速系统在性能上已经达到和越过了直流伺服系统。
    此外，由于异步电动机还具有对环境适应性强、维护简单许多直流伺服电动机所不具备的优点，在许多需要进行高速高精度控制的应用中这种高性能交流调速系统正在逐步替代直流伺服系统。
    同通用变频器相比，高性能专用变频器基本上采用矢量控制方式，而驱动对象通常是变频器厂家指定的专用电动机，并且主要应用于对电动机的控制性能要求较高的系统。此外，高性能专用变频器往往是为了满足某些特定产业或区域的需要，使变频器在该区域中具有最好的性能价格比而设计生产的。例如，在机床主轴驱动专用的高性能变频器中，为了便了和数控装置配合完成各种工作，变频器的主电路、回馈制动电路和各种接口电路等被做成一体，从而达到了缩小体积和降低成本的要求。而在纤维机械驱动方向，为了便于大系统的维修保养，变频器则采用了可以简单地进行拆装的盒式结构。
    3）高频变频器。在超精加工和岗性能机械区域中常常要用到高速电动机。为了满足这些高速电动机驱动的需要，出现了采用PAM控制方式的高速电动机驱动用变频器。这类变频器的输出频率可以达到3kHz，所以在驱动两极异步电动机时电动机的最高转速可以达到18000r/min。
    4）单相变频器和三相变频器。交流电动机可以分为单相交流电动机和二相交流电动机两种类型，与此相对应，变频器也分为单相变频器和三相变频器。二者的工作原理相同，但电路的结构不同。
    变频器对电动机进行控制，是根据电动机的特性参数及电动机运转要求，对提供给电动机的电压、电流、频率进行控制以达到负载的要求，因此，即便变频器的主电路一样，逆变器件相同，单片机的位数也一样，只是控制方式不一样，其控制效果就不一样。所以控制方式是很重要的，它代表变频器的水平。

以下是关于《变频器种类》评论，目前共2条评论共1页第1页

评论人：liwencun

评论时间：2010-12-12

变频器分类很详细，非常好

评论人：15190091410

评论时间：2021-12-6

PWM 英文写错

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