变频器的基本结构与原理

变频器的工作原理是什么？~

工作原理：
主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的平波回路。

扩展资料：一，整流器：
大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。
二，平波回路：
在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。
三，逆变器：
同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。
控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。
（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。
（2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。
（3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。
（4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。
参考资料：百度百科-变频器

可以简单的说，交交变频器需要使用太多元件，不好控制，而交直交使用的元件少，控制简单，所以目前大多使用交直交结构的变频器。

1、变频器的发展也同样要经历一个循序渐进的过程，最初的变频器并不是采用这种交直交：交流变直流而后再变交流这种拓扑，而是直接交交，无中间直流环节。这种变频器叫交交变频器，目前这种变频器在超大功率、低速调速有应用。其输出频率范围为：0-17(1/2-1/3 输入电压频率)，所以不能满足许多应用的要求，而且当时没有IGBT，只有SCR，所以应用范围有限。

交交变频器其工作原理是将三相工频电源经过几组相控开关控制直接产生所需要变压变频电源，其优点是效率高，能量可以方便返回电网，其最大的缺点输出的最高频率必须小于输入电源频率1/3或1/2，否则输出波形太差，电机产生抖动，不能工作。故交交变频器至今局限低转速调速场合，因而大大限制了它的使用范围。

矩阵式变频器是一种交交直接变频器，由九个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成。矩阵变换器没有中间直流环节，输出由三个电平组成，谐波含量比较小;其功率电路简单、紧凑，并可输出频率、幅值及相位可控的正弦负载电压;矩阵变换器的输入功率因数可控，可在四象限工作。

虽然矩阵变换器有很多优点，但是在其换流过程中不允许存在两个开关同时导通的或者关断的现象，实现起来比较困难。矩阵变换器最大输出电压能力低，器件承受电压高也是此类变换器一个很大缺点。应用在风力发电中，由于矩阵变换器的输入输出不解耦，即无论是负载还是电源侧的不对称都会影响到另一侧。另外，矩阵变换器的输入端必须接滤波电容，虽然其电容的容量比交直交的中间储能电容小，但由于它们是交流电容，要承受开关频率的交流电流，其体积并不小。

交-交变频就是直接变频，少了一个环节，但是用的器件量很多，三相的需要36个晶闸管，控制复杂。我们老师开玩笑说谁调通了36个管子就可以立即毕业。还有交-交变频只能往工频一下调节频率，一般调到工频的1/3-1/2，差不多20Hz。

2、我们把这种交流变直流而后再变交流这种变频器叫交直交变频器，分为两种，一种是交直交电压型，另外一种是交直交电流型。其中前者广泛使用，现在的通用变频器就是采用这种拓扑。

其特点是：中间为电解电容储存提供母线电压，前级采用二极管不控整流，简单可靠，逆变采用三相PWM调制(目前调制算法是空间电压矢量)。由于采用了一定容量的电解电容，所以直流母线电压稳定，此时只要控制好逆变IGBT的开关顺序(输出相序、频率)和占空比(输出电压大小)，就可以获得非常优越的控制特性。

交—直—交变频器则是先把交流电经整流器先整流成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，再经过逆变器把这个直流电流变成频率和电压都可变的交流电。

交直交变频器又可以分为电压型和电流型两种，由于控制方法和硬件设计等各种因素，电压型逆变器应用比较广泛。传统的电流型交直交变频器采用自然换流的晶闸管作为功率开关，其直流侧电感比较昂贵，而且应用于双馈调速中，在过同步速时需要换流电路，在低转差频率的条件下性能也比较差，在双馈异步风力发电中应用的不多。采用电压型交直交变频器这种整流变频装置具有结构简单、谐波含量少、定转子功率因数可调等优异特点，可以明显地改善双馈发电机的运行状态和输出电能质量，并且该结构通过直流母线侧电容完全实现了网侧和转子侧的分离。电压型交直交变频器的双馈发电机定子磁场定向矢量控制系统，实现了基于风机最大功率点跟踪的发电机有功和无功的解耦控制，是目前变速恒频风力发电的一个代表方向。

变频器（Variable-frequencyDrive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。 它主要由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等。

1、变频节能变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。以上海正艺信息科技有限公司生产的变频器应用到风机水泵型负载的节能的例子来说：一台离心泵电机功率为55千瓦，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16千瓦，省电48.8％，当转速下降到原转速的l／2时，其耗电量为6.875千瓦，省电87.5％。

2、功率因数补偿节能 无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

　 3、软启动节能 电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。

　 4、据统计，我国变频器总的潜在市场空间大约为1200亿～1800亿元，其中常压变频器约占市场份额的60%左右，中、高压变频器的需求数量相对比较少，但由于单台变频器功率大、售价高，也占市场的40%左右。国内带变动负载、具有节能潜力的电机至少有1.8亿千瓦，由此为变频器的应用提供了极为巨大的市场。资料显示，我国变频器市场一直保持着12%～15%的增长率，预计至少在今后5年内，变频器市场需求仍将保持10%以上的增长率。而在10年以后，变频器市场才能逐渐饱和。当然，随着用户需求的进步和多样化，变频器产品的功能在不断完善和增加，集成度和系统化程度也越来越高，并且已经出现某些领域专用节能变频器产品。变频器的节能原理为：变频器使得电动机及其拖动负载在无需任何改动的情况下即可按照生产工艺要求调整转速输出，降低了电机功耗，在节能减排领域有着巨大独特的优势，达到了系统高效运行的目的。从整体看，我国变频器行业的竞争日趋激烈。由于市场极具吸引力，不但市场已形成一定规模，而且潜在容量也十分可观，不断吸引着行业新参与者，变频器技术的发展，使变频器在电力、水泥、电梯、矿山、冶金、交通等现代化领域得到空前的推广和应用，相信变频器应用将会越来越广泛，市场前景看好。变频器企业应该借着“十二五”节能减排的东风，更好的树立节能的观念。将产品的节能性能更上一个台阶，这对于变频器企业未来的发展是十分有利的。

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变频器是由整流、滤波、逆变、控制等部分组成的电力变换装置，其主要作用是将固定频率的交流电源转换为可调变频的交流电源，以调整交流电机的转速，达到节能、调速、控制等目的。变频器广泛应用于风机、水泵、压缩机、运输机械等各种工业设备中。

具体来说，变频器由以下几个主要组成部分构成：

1.整流滤波电路：将交流电源整流成直流电，并通过滤波电路去除直流电中的脉动，使电压稳定。

2.逆变电路：将直流电转换为可调的交流电源，以控制交流电机的转速。

3.控制电路：包括CPU、接口电路、触摸屏等，用于实现对变频器输出电压、频率、电流、转矩等参数的精确控制和监测。

变频器广泛应用于工业自动化领域，可用于节能调速、电机软起动、负载平衡控制等应用场景。其通过调整交流电机的转速，可以大幅度降低电机运行时的能耗，提高电机效率，实现节能减排的目的。同时，变频器还可以实现电机的软起动，降低启动时的冲击，延长电机寿命。在一些需要控制负载平衡的场合，变频器也可以发挥重要作用。
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