變頻器的研究方法

① 變頻器的工作原理，包括電路圖等解釋

變頻調速技術是現代電力傳動技術的重要發展方向，而作為變頻調速系統的核心—變頻器的性能也越來越成為調速性能優劣的決定因素，除了變頻器本身製造工藝的「先天」條件外，對變頻器採用什麼樣的控制方式也是非常重要的。本文從工業實際出發，綜述了近年來各種變頻器控制方式的特點，並展望了今後的發展方向。

1、變頻器簡介

1.1 變頻器的基本結構

變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現電機的變速運行的設備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對於如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉矩計算的CPU以及一些相應的電路。

1.2 變頻器的分類

變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。

2、變頻器中常用的控制方式

2.1 非智能控制方式

在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f協調控制、轉差頻率控制、矢量控制、直接轉矩控制等。

(1) V/f控制

V/f控制是為了得到理想的轉矩-速度特性，基於在改變電源頻率進行調速的同時，又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都採用這種控制方式。V/f控制變頻器結構非常簡單，但是這種變頻器採用開環控制方式，不能達到較高的控制性能，而且，在低頻時，必須進行轉矩補償，以改變低頻轉矩特性。

(2) 轉差頻率控制

轉差頻率控制是一種直接控制轉矩的控制方式，它是在V/f控制的基礎上，按照知道非同步電動機的實際轉速對應的電源頻率，並根據希望得到的轉矩來調節變頻器的輸出頻率，就可以使電動機具有對應的輸出轉矩。這種控制方式，在控制系統中需要安裝速度感測器，有時還加有電流反饋，對頻率和電流進行控制，因此，這是一種閉環控制方式，可以使變頻器具有良好的穩定性，並對急速的加減速和負載變動有良好的響應特性。

(3) 矢量控制

矢量控制是通過矢量坐標電路控制電動機定子電流的大小和相位，以達到對電動機在d、q、0坐標軸系中的勵磁電流和轉矩電流分別進行控制，進而達到控制電動機轉矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時間以及零矢量的作用時間，又可以形成各種PWM波，達到各種不同的控制目的。例如形成開關次數最少的PWM波以減少開關損耗。目前在變頻器中實際應用的矢量控制方式主要有基於轉差頻率控制的矢量控制方式和無速度感測器的矢量控制方式兩種。

基於轉差頻率的矢量控制方式與轉差頻率控制方式兩者的定常特性一致，但是基於轉差頻率的矢量控制還要經過坐標變換對電動機定子電流的相位進行控制，使之滿足一定的條件，以消除轉矩電流過渡過程中的波動。因此，基於轉差頻率的矢量控制方式比轉差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改善。但是，這種控制方式屬於閉環控制方式，需要在電動機上安裝速度感測器，因此，應用范圍受到限制。

無速度感測器矢量控制是通過坐標變換處理分別對勵磁電流和轉矩電流進行控制，然後通過控制電動機定子繞組上的電壓、電流辨識轉速以達到控制勵磁電流和轉矩電流的目的。這種控制方式調速范圍寬，啟動轉矩大，工作可靠，操作方便，但計算比較復雜，一般需要專門的處理器來進行計算，因此，實時性不是太理想，控制精度受到計算精度的影響。

(4) 直接轉矩控制

直接轉矩控制是利用空間矢量坐標的概念，在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩，通過檢測定子電阻來達到觀測定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復雜的變換計算，系統直觀、簡潔，計算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在開環的狀態下，也能輸出100%的額定轉矩，對於多拖動具有負荷平衡功能。

(5) 最優控制

最優控制在實際中的應用根據要求的不同而有所不同，可以根據最優控制的理論對某一個控制要求進行個別參數的最優化。例如在高壓變頻器的控制應用中，就成功的採用了時間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實現一定條件下的電壓最優波形。

(6) 其他非智能控制方式

在實際應用中，還有一些非智能控制方式在變頻器的控制中得以實現，例如自適應控制、滑模變結構控制、差頻控制、環流控制、頻率控制等。

2.2 智能控制方式

智能控制方式主要有神經網路控制、模糊控制、專家系統、學習控制等。在變頻器的控制中採用智能控制方式在具體應用中有一些成功的範例。

(1) 神經網路控制

神經網路控制方式應用在變頻器的控制中，一般是進行比較復雜的系統控制，這時對於系統的模型了解甚少，因此神經網路既要完成系統辨識的功能，又要進行控制。而且神經網路控制方式可以同時控制多個變頻器，因此在多個變頻器級聯時進行控制比較適合。但是神經網路的層數太多或者演算法過於復雜都會在具體應用中帶來不少實際困難。

(2) 模糊控制

模糊控制演算法用於控制變頻器的電壓和頻率，使電動機的升速時間得到控制，以避免升速過快對電機使用壽命的影響以及升速過慢影響工作效率。模糊控制的關鍵在於論域、隸屬度以及模糊級別的劃分，這種控制方式尤其適用於多輸入單輸出的控制系統。

(3) 專家系統

專家系統是利用所謂「專家」的經驗進行控制的一種控制方式，因此，專家系統中一般要建立一個專家庫，存放一定的專家信息，另外還要有推理機制，以便於根據已知信息尋求理想的控制結果。專家庫與推理機制的設計是尤為重要的，關系著專家系統控制的優劣。應用專家系統既可以控制變頻器的電壓，又可以控制其電流。

(4) 學習控制

學習控制主要是用於重復性的輸入，而規則的PWM信號(例如中心調制PWM)恰好滿足這個條件，因此學習控制也可用於變頻器的控制中。學習控制不需要了解太多的系統信息，但是需要1~2個學習周期，因此快速性相對較差，而且，學習控制的演算法中有時需要實現超前環節，這用模擬器件是無法實現的，同時，學習控制還涉及到一個穩定性的問題，在應用時要特別注意。

3、變頻器控制的展望

隨著電力電子技術、微電子技術、計算機網路等高新技術的發展，變頻器的控制方式今後將向以下幾個方面發展。

(1) 數字控制變頻器的實現

現在，變頻器的控制方式用數字處理器可以實現比較復雜的運算，變頻器數字化將是一個重要的發展方向，目前進行變頻器數字化主要採用單片機MCS51或80C196MC等，輔助以SLE4520或EPLD液晶顯示器等來實現更加完善的控制性能。

(2) 多種控制方式的結合

單一的控制方式有著各自的優缺點，並沒有「萬能」的控制方式，在有些控制場合，需要將一些控制方式結合起來，例如將學習控制與神經網路控制相結合，自適應控制與模糊控制相結合，直接轉矩控制與神經網路控制相結合，或者稱之為「混合控制」，這樣取長補短，控制效果將會更好。

(3) 遠程式控制制的實現

計算機網路的發展，使「天涯若咫尺」，依靠計算機網路對變頻器進行遠程式控制制也是一個發展方向。通過RS485介面及一些網路協議對變頻器進行遠程式控制制，這樣在有些不適合於人類進行現場操作的場合，也可以很容易的實現控制目標。

(4) 綠色變頻器

隨著可持續發展戰略的提出，對於環境的保護越來越受到人們的重視。變頻器產生的高次諧波對電網會帶來污染，降低變頻器工作時的雜訊以及增強其工作的可靠性、安全性等等這些問題，都試圖通過採取合適的控制方式來解決，設計出綠色變頻器。

4、結束語

變頻器的控制方式是一個值得研究的問題，依靠致力於這項工作的有識之士的共同努力，使國產變頻器早日走向世界市場並且成為一流的產品。

看完了你就懂了，比較的全面哦！

② 變頻器主要應用於啥方面 有什麼作用

變頻器節能主要表現在風機、水泵的應用上。

功能作用：
變頻節能
變頻器節能主要表現在風機、水泵的應用上。為了保證生產的可靠性，各種生產機械在設計配用動力驅動時，都留有一定的富餘量。當電機不能在滿負荷下運行時，除達到動力驅動要求外，多餘的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費。風機、泵類等設備傳統的調速方法是通過調節入口或出口的擋板、閥門開度來調節給風量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當使用變頻調速時，如果流量要求減小，通過降低泵或風機的轉速即可滿足要求。
電動機使用變頻器的作用就是為了調速，並降低啟動電流。為了產生可變的電壓和頻率，該設備首先要把電源的交流電變換為直流電（DC），這個過程叫整流。把直流電（DC）變換為交流電（AC）的裝置，其科學術語為「inverter」(逆變器)。一般逆變器是把直流電源逆變為一定的固定頻率和一定電壓的逆變電源。對於逆變為頻率可調、電壓可調的逆變器我們稱為變頻器。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要是用在三相非同步電動機調速用，又叫變頻調速器。對於主要用在儀器儀表的檢測設備中的波形要求較高的可變頻率逆變器，要對波形進行整理，可以輸出標準的正弦波，叫變頻電源。一般變頻電源是變頻器價格的15－－20倍。由於變頻器設備中產生變化的電壓或頻率的主要裝置叫「inverter」，故該產品本身就被命名為「inverter」，即：變頻器。
變頻不是到處可以省電，有不少場合用變頻並不一定能省電。 作為電子電路，變頻器本身也要耗電（約額定功率的3-5%）。一台1.5匹的空調自身耗電算下來也有20-30W,相當於一盞長明燈. 變頻器在工頻下運行，具有節電功能，是事實。但是他的前提條件是：
第一、大功率並且為風機/泵類負載；
第二、裝置本身具有節電功能（軟體支持）；
這是體現節電效果的三個條件。除此之外，無所謂節不節電，沒有什麼意義。如果不加前提條件的說變頻器工頻運行節能，就是誇大或是商業炒作。知道了原委，你會巧妙的利用他為你服務。一定要注意使用場合和使用條件才好正確應用，否則就是盲從、輕信而「受騙上當」。
功率因數補償節能
無功功率不但增加線損和設備的發熱，更主要的是功率因數的降低導致電網有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當中，設備使用效率低下，浪費嚴重，使用變頻調速裝置後，由於變頻器內部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網的有功功率。
軟啟動節能
1：電機硬啟動對電網造成嚴重的沖擊，而且還會對電網容量要求過高，啟動時產生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節能裝置後，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命。節省了設備的維護費用。
2：從理論上講，變頻器可以用在所有帶有電動機的機械設備中，電動機在啟動時，電流會比額定高5-6倍的，不但會影響電機的使用壽命而且消耗較多的電量.系統在設計時在電機選型上會留有一定的餘量，電機的速度是固定不變，但在實際使用過程中，有時要以較低或者較高的速度運行，因此進行變頻改造是非常有必要的。變頻器可實現電機軟啟動、補償功率因素

③ 什麼是變頻，如何實現變頻

變頻就是改變供電頻率。
變頻技術的核心是變頻器，它通過對供電頻率的轉換來實現電動機運轉速度率的自動調節，把50Hz的固定電網頻改為30—130 Hz的變化頻率。同時，還使電源電壓適應范圍達到142—270V，解決了由於電網電壓的不穩定而影響電器工作的難題。 通過改變交流電頻的方式實現交流電控制的技術就叫變頻技術。
變頻技術是應無級調速的需要而誕生的
20世紀60年代後半期開始，電力電子器件從SCR(晶閘管)、GTO(門極可關斷晶閘管)、BJT(雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物場效應管)、SIT(靜電感應晶體管)、SITH(靜電感應晶閘管)、MGT(MOS控制晶體管)、MCT(MOS控製品閘管)發展到今天的IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)，器件的更新促使電力變換技術的不斷發展。20世紀70年代開始，脈寬調制變壓變頻(PWM—VVVF)調速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代，作為變頻技術核心的PWM模式優化問題吸引著人們的濃厚興趣，並得出諸多優化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀80年代後半期開始，美、日、德、英等發達國家的VVVF變頻器已投入市場並廣泛應用。 變頻器一般是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。 VVVF變頻器的控制相對簡單，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速要求，已在產業的各個領域得到廣泛應用。但是，這種控制方式在低頻時，由於輸出電壓較小，受定子電阻壓降的影響比較顯著，故造成輸出最大轉矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態轉矩能力和靜態調速性能都還不盡如人意，因此人們又研究出矢量控制變頻調速。
矢量控制變頻調速的做法
矢量控制變頻調速的做法是：將非同步電動機在三相坐標系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic、通過三相—二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉子磁場定向旋轉變換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im1、It1(Im1相當於直流電動機的勵磁電流；It1相當於與轉矩成正比的電樞電流)，然後模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經過相應的坐標反變換，實現對非同步電動機的控制。 矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應用中，由於轉子磁鏈難以准確觀測，系統特性受電動機參數的影響較大，且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉變換較復雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結果。 1985年，德國魯爾大學的DePenbrock教授首次提出了直接轉矩控制變頻技術。該技術在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，並以新穎的控制思想、簡潔明了的系統結構、優良的動靜態性能得到了迅速發展。目前，該技術已成功地應用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。並且變頻技術所應用到的行業越來越廣泛,和能源相關的行業都能用到. 舉例:生活中空調,冰箱,洗衣機等等,工業:起重機等等 直接轉矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩。它不需要將交流電動機化成等效直流電動機，因而省去了矢量旋轉變換中的許多復雜計算；它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數學模型。 VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數低，諧波電流大，直流迴路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網，即不能進行四象限運行。為此，矩陣式交—交變頻應運而生。由於矩陣式交—交變頻省去了中間直流環節，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實現功率因數為l，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統的功率密度大。該技術目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學者深入研究。

④ 變頻器工作原理

變頻器是通過改變電機工作電源頻率的方式來控制交流電動機的電力控制設備。使用的電源分為交流電源和直流電源，一般的直流電源大多是由交流電源通過變壓器變壓，整流濾波後得到的。交流電源在人們使用電源中占總使用電源的95%左右。

通常，家用電器用得最多的是單相非同步電動機，靠電容或電阻來分相。電機在工作時常處於短時重復狀態（開/停），如空調、冰箱等。這樣勢必帶來起動頻繁、雜訊大、電機壽命短、溫度穩定性差以及能耗高等一系列弊端。

變頻調速技術的應用不但給這些家電產品帶來功能的增加、性能的改善，而且具有明顯的節能效果和降噪效果，同時使整機壽命較傳統家電有明顯提高。

(4)變頻器的研究方法擴展閱讀：

變頻技術誕生背景是交流電機無級調速的廣泛需求。傳統的直流調速技術因體積大故障率高而應用受限。

20世紀60年代以後，電力電子器件普遍應用了晶閘管及其升級產品。但其調速性能遠遠無法滿足需要。1968年以丹佛斯為代表的高技術企業開始批量化生產變頻器，開啟了變頻器工業化的新時代。

20世紀70年代開始，脈寬調制變壓變頻(PWM－VVVF)調速的研究得到突破，20世紀80年代以後微處理器技術的完善使得各種優化演算法得以容易的實現。

20世紀80年代中後期，美、日、德、英等發達國家的 VVVF變頻器技術實用化，商品投入市場，得到了廣泛應用。 最早的變頻器可能是日本人買了英國專利研製的。不過美國和德國憑借電子元件生產和電子技術的優勢，高端產品迅速搶占市場。

⑤ 誰知道變頻器的工作原理，具體點的。在次多謝！

變頻器實際上就是一個逆變器.它首先是將交流電變為直流電.然後用電子元件對直流電進行開關.變為交流電.一般功率較大的變頻器用可控硅.並設一個可調頻率的裝置.使頻率在一定范圍內可調.用來控制電機的轉數.使轉數在一定的范圍內可調.變頻器廣泛用於交流電機的調速中.變頻調速技術是現代電力傳動技術重要發展的方向，隨著電力電子技術的發展，交流變頻技術從理論到實際逐漸走向成熟。變頻器不僅調速平滑，范圍大，效率高，啟動電流小，運行平穩，而且節能效果明顯。因此，交流變頻調速已逐漸取代了過去的傳統滑差調速、變極調速、直流調速等調速系統，越來越廣泛的應用於冶金、紡織、印染、煙機生產線及樓宇、供水等領域。一般分為整流電路、平波電路、控制電路、逆變電路等幾大部分。
1. 整流電路
整流電路的功能是把交流電源轉換成直流電源。整流電路一般都是單獨的一塊整流模塊.
2. 平波電路
平波電路在整流器、整流後的直流電壓中含有電源6倍頻率脈動電壓，此外逆變器產生的脈動電流也使直流電壓變動，為了抑制電壓波動採用電感和電容吸收脈動電壓(電流)，一般通用變頻器電源的直流部分對主電路而言有餘量，故省去電感而採用簡單電容濾波平波電路。
3. 控制電路
現在變頻調速器基本系用16位、32位單片機或DSP為控制核心，從而實現全數字化控制。
變頻器是輸出電壓和頻率可調的調速裝置。提供控制信號的迴路稱為主控制電路，控制電路由以下電路構成:頻率、電壓的「運算電路」，主電路的「電壓、電流檢測電路」，電動機的「速度檢測電路」。運算電路的控制信號送至「驅動電路」以及逆變器和電動機的「保護電路
變頻器採取的控制方式，即速度控制、轉拒控制、PID或其它方式
4 逆變電路
逆變電路同整流電路相反，逆變電路是將直流電壓變換為所要頻率的交流電壓，以所確定的時間使上橋、下橋的功率開關器件導通和關斷。從而可以在輸出端U、V、W三相上得到相位互差120°電角度的三相交流電壓。

⑥ 變頻器的原理

變頻器工作原理：
主電路
是給非同步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流迴路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流迴路濾波是電感。 它由三部分構成，將工頻電源變換為直流功率的「整流器」，吸收在變流器和逆變器產生的電壓脈動的「平波迴路」，以及將直流功率變換為交流功率的「逆變器」。
整流器
最近大量使用的是二極體的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構成可逆變流器，由於其功率方向可逆，可以進行再生運轉。
平波迴路
在整流器整流後的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，採用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構成器件有餘量，可以省去電感採用簡單的平波迴路。
逆變器
逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關器件導通、關斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為例示出開關時間和電壓波形。
控制電路
是給非同步電動機供電（電壓、頻率可調）的主電路提供控制信號的迴路，它有頻率、電壓的「運算電路」，主電路的「電壓、電流檢測電路」，電動機的「速度檢測電路」，將運算電路的控制信號進行放大的「驅動電路」，以及逆變器和電動機的「保護電路」組成。
（1）運算電路：將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。
（2）電壓、電流檢測電路：與主迴路電位隔離檢測電壓、電流等。
（3）驅動電路：驅動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導通、關斷。 （4）速度檢測電路:以裝在非同步電動機軸機上的速度檢測器(tg、plg等)的信號為速度信號，送入運算迴路，根據指令和運算可使電動機按指令速度運轉。
（5）保護電路:檢測主電路的電壓、電流等，當發生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和非同步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。

⑦ 簡述變頻器發展的四個方向

（1）實現高水平的控制。基於電動機和機械模型的控制策略，有矢量控制、磁場控制、直接傳矩控制和機械扭振補償等；基於現代理論的控制策略，有滑模變結構技術、模型參考自適應技術、採用微分幾何理論的非線性解耦、魯棒觀察器，在某種指標意義下的最優控制技術和逆奈奎斯特陣列設計方法等；基於智能控制思想的控制策略，有模糊控制、神經元網路、專家系統和各種各樣的自優化、自診斷技術等。
（2）開發清潔電能的變流器。所謂清潔電能變流器是指變流器的功率因數為1，網側和負載側有盡可能低的諧波分量，以減少對電網的公害和電動機的轉矩脈動。對中小容量變流器，提高開關頻率的PWM控制是有效的。對大容量變流器，在常規的開關頻率下，可改變電路結構和控制方式，實現清潔電能的變換。
（3）縮小裝置的尺寸。緊湊型變流器要求功率和控制元件具有高的集成度，其中包括智能化的功率模塊、緊湊型的光耦合器、高頻率的開關電源，以及採用新型電工材料製造的小體積變壓器、電抗器和電容器。功率器件冷卻方式的改變（如水冷、蒸發冷卻和熱管）對縮小裝置的尺寸也很有效。
（4）高速度的數字控制。以32位高速微處理器為基礎的數字控制模板有足夠的能力實現各種控制演算法，Windows操作系統的引入使得可自由設計，圖形編程的控制技術也有很大的發展。
（5）模擬與計算機輔助設計（CAD）技術。電機模擬器、負載模擬器以及各種CAD軟體的引入對變頻器的設計和測試提供了強有力的支持。 主要的研究開發項目有如下各項。
（1）數字控制的大功率交-交變頻器供電的傳動設備。
（2）大功率負載換流電流型逆變器供電的傳動設備在抽水蓄能電站、大型風機和泵上的推廣應用。
（3）電壓型GTO逆變器在鐵路機車上的推廣應用。
（4）電壓型IGBT、IGCT逆變器供電的傳動設備擴大功能，改善性能。如4象限運行，帶有電極參數自測量與自設定和電機參數變化的自動補償以及無感測器的矢量控制、直接轉矩控制等。
（5）風機和泵用高壓電動機的節能調速研究。眾所周知，風機和泵改用調速傳動後節約大量電力。特別是電壓電動機，容量大，節能效果更顯著。研究經濟合理的高壓電動機調速方法是當今重大課題。 主要的研究內容及關鍵技術有如下各項。
（1）高壓、大電流技術：動態、靜態均壓技術（6kV、10kV迴路中3英寸晶閘管串聯，靜動態均壓系數大於0.9）；均流技術，大功率晶閘管並聯的均流技術，均流系數大於0.85）；浪涌吸收技術（10 kV、6kV迴路中）；光控及電磁觸發技術（電/光，光/電變換技術）；導熱與散熱技術（主要解決導熱及散熱性好、電流出力大的技術，如熱管散熱技術）；高壓、大電流系統保護技術（抗大電流電磁力結構、絕緣設計）；等效負載模擬技術。
（2）新型電力電子器件的應用技術：可關斷驅動技術；雙PWM逆變技術；循環變流 / 電流型交-直-交（CC / CSI0）變流技術（12脈波變頻技術）；同步機交流勵磁變速運行技術；軟開關PWM變流技術。
（3）全數字自動化控制技術：參數自設定技術；過程自優化技術；故障自診斷技術；對象自辨識技術。
（4）現代控制技術：多變數解耦控制技術；矢量控制和直接力矩控制技術；自適應技術。

⑧ 基於單片機的變頻器設計 擬採用的研究方法和步驟該怎麼寫是用51單片機 PWM實現的。

用pwm控制開關管產生按照正弦波變化的方波，然後濾波就能得到正弦波，正弦波的頻率可以由軟體控制

⑨ 高壓變頻器的基本原理

高壓大功率變頻調速裝置被廣泛地應用於大型礦業生產廠、石油化工、市政供水、冶金鋼鐵、電力能源等行業的各種風機、水泵、壓縮機、軋鋼機等。
在冶金、化工、電力、市政供水和采礦等行業廣泛應用的泵類負載，占整個用電設備能耗的40%左右，電費在自來水廠甚至占制水成本的50%。這是因為：一方面，設備在設計時，通常都留有一定的餘量；另一方面，由於工況的變化，需要泵機輸出不同的流量。隨著市場經濟的發展和自動化，智能化程度的提高，採用高壓變頻器對泵類負載進行速度控制，不但對改進工藝、提高產品質量有好處，又是節能和設備經濟運行的要求，是可持續發展的必然趨勢。對泵類負載進行調速控制的好處甚多。從應用實例看，大多已取得了較好的效果(有的節能高達30%-40%)，大幅度降低了自來水廠的制水成本，提高了自動化程度，且有利於泵機和管網的降壓運行，減少了滲漏、爆管，可延長設備使用壽命。 泵類負載的流量調節方法及原理
泵類負載通常以所輸送的液體流量為控制參數，為此，常採用閥門控制和轉速控制兩種方法。
閥門控制
這種方法是藉助改變出口閥門開度的大小來調節流量的。它是一種相沿已久的機械方法。閥門控制的實質是改變管道中流體阻力的大小來改變流量。因為泵的轉速不變，其揚程特性曲線H－Q保持不變，如圖1所示。
當閥門全開時，管阻特性曲線R1－Q與揚程特性曲線H－Q相交於點A，流量為Qa，泵出口壓頭為Ha。若關小閥門，管阻特性曲線變為R2－Q，它與揚程特性曲線H－Q的交點移到點B，此時流量為Qb，泵出口壓頭升高到Hb。則壓頭的升高量為：ΔHb=Hb-Ha。於是產生了陰線部分所示的能量損失：ΔPb=ΔHb×Qb 。
轉速控制
藉助改變泵的轉速來調節流量，這是一種先進的電子控制方法。轉速控制的實質是通過改變所輸送液體的能量來改變流量。因為只是轉速變化，閥門的開度不變，如圖2所示，管阻特性曲線R1－Q也就維持不變。額定轉速時的揚程特性曲線Ha－Q與管阻特性曲線相交於點A，流量為Qa，出口揚程為Ha。
當轉速降低時，揚程特性曲線變為Hc－Q，它與管阻特性曲線R1－Q的交點將下移到C，流變為為Qc 。此時，假設將流量Qc控制為閥門控制方式下的流量Qb，則泵的出口壓頭將降低到Hc。因此，與閥門控制方式相比壓頭降低了：ΔHc=Ha-Hc。據此可節約能量為：ΔPc=ΔHc×Qb。與閥門控制方式相比，其節約的能量為：P=ΔPb+ΔPc=(ΔHb－ΔHc)×Qb。
將這兩種方法相比較可見，在流量相同的情況下，轉速控制避免了閥門控制下因壓頭的升高和管阻增大所帶來的能量損失。在流量減小時，轉速控制使壓頭反而大幅度降低，所以它只需要一個比閥門控制小得多的，得以充分利用的功率損耗。 泵機在變速下的效率分析
隨著轉速的降低，泵的高效率區段將向左方移動。這說明，轉速控制方式在低速小流量時，仍可使泵機高效率運行。
在變頻狀態下供水方式的研究
在由多點、多泵站構成的供水系統中，需對泵站出口的壓頭進行控制，以便與管網系統適配，達到更好的系統性能指標，這可以分為恆壓供水、變壓供水和分時段變壓供水。
恆壓供水
使泵站出口壓頭維持不變，是該系統控制的目標。在圖4中，給定出口壓頭為Hg。
當流量Q變動時，因轉速變化導致揚程特性H1－Q上下移動，泵的工作點將在H=Hg線上作水平移動（A、B、C、D）。這雖然滿足了流量的要求，但因為管阻特性R變陡，造成了能量浪費。
恆壓供水系統實施比較方便，易於和多泵站供水的中、大型管網系統相協調，具有一定的通用性，和實用性，所以有些裝備調速泵機的自來水廠樂於採用此法，在恆壓控制方式下，因泵站出口處的壓頭維持不變，使泵並聯特性與負載的實際特性之間有一定的差距，節能效果不如變壓供水系統。
變壓供水方式
為了節約能量，應盡量使出口壓頭隨著流量的減小而降低(至少不能升高)，此時可採用泵站出口端「變壓供水」方式，如圖5所示。在圖中，因轉速下降時揚程特性下移，與管阻特性R1－Q相交於點C，流量從Qa減小到Qc（設流量Qc與恆壓控制時的QB相等）。變壓控制形成了較大的壓差 H=Hac，因而可節約如圖5陰線部分所示的能量。變壓供水因出口壓頭降低，抑制了管阻特性變化所贊成的損耗及水泵的附加損耗，節能效果顯著。 採用升降壓的辦法，將低壓或通用變頻器應用在中、高壓環境中而得名。原理是通過降壓變壓器，將電網電壓降到低壓變頻器額定或允許的電壓輸入范圍內，經變頻器的變換形成頻率和幅度都可變的交流電，再經過升壓變壓器變換成電機所需要的電壓等級。
這種方式，由於採用標準的低壓變頻器，配合降壓，升壓變壓器，故可以任意匹配電網及電動機的電壓等級，容量小的時候（<500KW）改造成本較直接高壓變頻器低。缺點是升降壓變壓器體積大，比較笨重，頻率范圍易受變壓器的影響，還有就是由於引入了變壓器使得系統效率比較低。
一般高低高變頻器可分為電流型和電壓型兩種。 它採用GTO，SCR或IGCT元件串聯的辦法實現直接的高壓變頻，電壓可達10KV。由於直流環節使用了電感元件，其對電流不夠敏感，因此不容易發生過流故障，逆變器工作也很可靠，保護性能良好。其輸入側採用可控硅相控整流，輸入電流諧波較大。變頻裝置容量大時要考慮對電網的污染和對通信電子設備的干擾問題。均壓和緩沖電路，技術復雜，成本高。由於器件較多，裝置體積大，調整和維修都比較困難。逆變橋採用強迫換流，發熱量也比較大，需要解決器件的散熱問題。其優點在於具有四象限運行能力，可以制動。
需要特別說明的是，該類變頻器由於較低的輸入功率因數和較高的輸入輸出諧波，故需要在其輸入輸出側安裝高壓自愈電容。 電路結構採用IGBT 直接串聯技術，也叫直接器件串聯型高壓變頻器。其在直流環節使用高壓電容進行濾波和儲能，輸出電壓可達13.8KV，其優點是可以採用較低耐壓的功率器件，串聯橋臂上的所有IGBT作用相同，能夠實現互為備用，或者進行冗餘設計。缺點是電平數較低，僅為兩電平，輸出電壓dV/dt也較大，需要採用特種電動機或加裝共模電壓濾波器和高壓正弦波濾波器，其成本會增加許多。由於它與低壓變頻器有著一樣的拓撲結構，因此它像低壓變頻器一樣具有四象限運行功能，也可以實現矢量控制。
這種變頻器同樣需要解決器件的均壓問題，一般需特殊設計驅動電路和緩沖電路。對於IGBT驅動電路的延時也有極其苛刻的要求。一旦IGBT的開通、關閉的時間不一致，或者上升、下降沿的斜率相差太懸殊，均會造成功率器件的損壞. 鉗位型變頻器一般可分為二極體鉗位型和電容鉗位型。
二極體型
它既可以實現二極體中點嵌位，也可以實現三電平或更多電平的輸出，其技術難度較直接器件串聯型變頻器低。由於直流環節採用了電容元件，因此它仍屬於電壓型變頻器。這種變頻器需要設置輸入變壓器，它的作用是隔離與星角變換，能夠實現12脈沖整流，並提供中間嵌位零電平。通過輔助二極體將IGBT等功率器件強行嵌位於中間零電平上，從而使IGBT兩端不會因過壓而燒毀，又實現了多電平的輸出。
這種變頻器結構，輸出可以不安裝正弦波濾波器。但是由於採用了變壓器，成本上有所增加。
電容型
它採用同橋臂增設懸浮電容的辦法實現了功率器件的嵌位，這種變頻器應用的比較少。

⑩ 誰知道變頻器的工作原理

摘要：
本文介紹了變頻器的工作原理和控制方式，文中遵循理論和實際相結合的原則，對變頻器的工作原理和控制方式作了詳細的對比和分析。

關鍵詞：
變頻器、控制方式、工作原理

近年來，隨著電力電子技術、微電子技術及大規模集成電路的發展，生產工藝的改進及功率半導體器件價格的降低，變頻調速越來越被工業上所採用。如何選擇性能好的變頻其應用到工業控制中，是我們專業技術人員共同追求的目標。下面結合作者的實際經驗談談變頻器的工作原理和控制方式：

1 變頻器的工作原理
我們知道，交流電動機的同步轉速表達式位：
n＝60 f(1－s)/p (1)
式中 n———非同步電動機的轉速；
f———非同步電動機的頻率；
s———電動機轉差率；
p———電動機極對數。
由式(1)可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。

2變頻器控制方式

低壓通用變頻輸出電壓為380～650V，輸出功率為0.75～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都採用交—直—交電路。其控制方式經歷了以下四代。

2.1U/f=C的正弦脈寬調制（SPWM）控制方式

其特點是控制電路結構簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速要求，已在產業的各個領域得到廣泛應用。但是，這種控制方式在低頻時，由於輸出電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態轉矩能力和靜態調速性能都還不盡如人意，且系統性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變化，轉矩響應慢、電機轉矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區效應的存在而性能下降，穩定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調速。

2.2電壓空間矢量（SVPWM）控制方式

它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的，一次生成三相調制波形，以內切多邊形逼近圓的方式進行控制的。經實踐使用後又有所改進，即引入頻率補償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環，以提高動態的精度和穩定度。但控制電路環節較多，且沒有引入轉矩的調節，所以系統性能沒有得到根本改善。

2.3矢量控制（VC）方式

矢量控制變頻調速的做法是將非同步電動機在三相坐標系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉子磁場定向旋轉變換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im1、It1（Im1相當於直流電動機的勵磁電流；It1相當於與轉矩成正比的電樞電流），然後模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經過相應的坐標反變換，實現對非同步電動機的控制。其實質是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉子磁鏈，然後分解定子電流而獲得轉矩和磁場兩個分量，經坐標變換，實現正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應用中，由於轉子磁鏈難以准確觀測，系統特性受電動機參數的影響較大，且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉變換較復雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結果。

2.4直接轉矩控制（DTC）方式

1985年，德國魯爾大學的DePenbrock教授首次提出了直接轉矩控制變頻技術。該技術在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，並以新穎的控制思想、簡潔明了的系統結構、優良的動靜態性能得到了迅速發展。目前，該技術已成功地應用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。
直接轉矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩。它不需要將交流電動機等效為直流電動機，因而省去了矢量旋轉變換中的許多復雜計算；它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數學模型。

2.5矩陣式交—交控制方式

VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數低，諧波電流大，直流電路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網，即不能進行四象限運行。為此，矩陣式交—交變頻應運而生。由於矩陣式交—交變頻省去了中間直流環節，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實現功率因數為l，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統的功率密度大。該技術目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學者深入研究。其實質不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉矩直接作為被控制量來實現的。具體方法是：
——控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器，實現無速度感測器方式；
——自動識別（ID）依靠精確的電機數學模型，對電機參數自動識別；
——算出實際值對應定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實際的轉矩、定子磁鏈、轉子速度進行實時控制；
——實現Band—Band控制按磁鏈和轉矩的Band—Band控制產生PWM信號，對逆變器開關狀態進行控制。
矩陣式交—交變頻具有快速的轉矩響應（<2ms），很高的速度精度（±2％，無PG反饋），高轉矩精度（<＋3％）；同時還具有較高的起動轉矩及高轉矩精度，尤其在低速時（包括0速度時），可輸出150％～200％轉矩。