摘要：变频器在交流拖动系统应用中呈现优良的控制性，可以实现软起动和无级调速，进行加减速控制，使交流电动机获得高性能，使用范围得到进一步拓展，而且具有显著的节能效果。所以应用变频调速可以提高生产机械的控制精度、生产效率和产品质量，降低能耗，节约生产成本，有利于实现生产过程的自动化，控制方式的多样化。因此变频器近年来在工业生产各环节得到了广泛的应用，特别是制造业尤为明显，如卷烟生产企业，使用率达90%以上。但变频器在实际应用和维护检修中也暴露出一些问题需要引起重视。
关键词：变频器原理；应用研究
引言
随着新型电力电子器件的不断涌现和计算机技术的飞速发展，变频器自身功能的完善，使其得到了飞速发展，高性能的交流电动机变频调速系统得到了广泛的应用，其显著的节能效果和灵活的运行控制方式，不断应用于生产各环节。目前交流异步电动机的调速系统已经广泛应用于数控机床、电子皮带秤、风机、泵类、带传送机械、给料系统、空压机、真空泵、空调器等设备的电力源和动力源，并起到了节省电能、提高设备自动化、提高产品质量的良好效果。
1变频器的发展现状
知道变频器的人都知道普传变频器，台湾普传刚到大陆时，国内极少有自主品牌，几乎全部使用境外品牌，普传变频器当时因为技术先进，且价格远低于海外品牌，受到普遍欢迎。从1990年开始，普传先后在西安、深圳、南京、昆明、北京、包头等地兴办了十几家生产变频器的合资企业，创造了闻名海内外的普传系列变频器品牌，揭开了变频器产品国产化的序幕。10多年来，我国变频器虽然遍地开花，但变频器的核心——IGBT器件始终依赖进口，成为制约国产变频器发展的瓶颈。直到最近，实现国产IGBT的曙光开始出现，工信部电子信息司已经把发展全控型电力电子器件纳入工作计划，已有多位在国外有丰富研制IGBT经验的专家回国办厂，国内生产集成电路多年、具有精细加工能力的企业已经具备IGBT和MOSFET的流片技术，为国内 IGBT的设计和生产提供了支撑。
2 变频器的基本原理
2.1 变频器的基本结构
通用变频器主要包括四个部分：一是主电路接线端，包括接工频电网的输入端（R、S、T），接电动机的频率、电压连续可调的输出端（U、V、W）；二是控制端子，包括外部信号控制端子、变频器工作状态指示端子、变频器与微机或其他变频器的通信接口；三是操作面板，包括液晶显示屏和键盘；四是保护电路。
2.1.1整流器。电网侧的变流器为整流器，它的作用是把工频电源变换成直流电源。三相交流电源一般需经过压敏电阻网络引入到整流桥的输入端。压敏电阻网络的作用是吸收交流电网浪涌过电压，从而避免浪涌侵入，导致过电压而损坏变频器。整流电路按其控制方式可以是直流电压源，也可以是直流电流源。电压型变频器的整流电路属于不可控整流桥直流电压源，当电源线电压为380V时，整流器件的最大反向电压一般为1000V，最大整流电流为通用变频器额定电流的2倍。
2.1.2逆变器。负载侧的变流器为逆变器。与整流器的作用相反，逆变器是将直流电源变换成频率和电压都能任意可调的三相交流电源。逆变器最常见的结构形式是利用6个半导体功率主开关器件组成的三相桥式逆变电路。通过控制电路有规律地控制逆变器中主开关的导通和关断，可以得到任意频率的三相交流输出波形。
中间直流环节实际上是中间直流储能环节，另一个作用是承担对整流电路输出进行滤波，以减少电压或电流的波动。此外，由于异步电动机制动的需要，在直流中间电路中还设有制动电阻及其他辅助电路，这就是直流中间电路的作用。电压型变频器的直流中间电路的主要元器件是大容量电解电容，而电流型变频器则主要由大容量电感器组成。
2.1.3控制电路（主控制电路CPU）。通常由运算放大电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路，驱动电路和制动电路等构成，一般采用微机进行全数字控制，主要依靠软件完成各种功能。其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制，以及完成各种保护功能等。
2.2 变频器的内部结构及外部接线
2.2.1主控制电路（CPU）
2.2.1.1接收各种信号。
2.2.1.1.1在功能预置阶段，接收各功能的预置信号；
2.2.1.1.2接收从键盘或外接输入端子输入的给定信号；
2.2.1.1.3接收从外接输入端子或通过通信接口输入的控制信号；
2.2.1.1.4接收从检测电路输入的检测信号；
2.2.1.1.5接收从保护电路输入的保护的执行信号等。
2.2.1.2进行基本运算，最主要的运算包括：
2.2.1.2.1进行矢量控制运算或其他必要的运算；
2.2.1.2.2实时地计算出SPWM波形各切换点的时刻。
接收主控制电路输入的保护指令，并实施保护。同时也直接从检测电路输入检测信号，以便对某些紧急情况实施保护。
2.3 变频器调速原理
变频调速，目的就是利用变频器实现对电机的调速，来达到各种工作状态的控制要求；它是通过改变电机定子的供电频率，来改变同步转速而实现调速的。
按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：
式中：n——电动机的转速；
f——电动机的电源频率；
n1——电动机的同步转速；
s ——转差率；
p ——磁极对数。
由上式可知，若要实现转速的调速，只需调节
、
和
三个变量。根据改变电机的不同参数，有以下三种调速措施：
2.3.1改变电机的转差率
该调节方式有着简单的系统结构，主要有调压调速、转子外接电阻调速、液力耦合器调速、串级调速、晶闸管串级调速等，在某些场合得到应用。
2.3.2改变电机的电源频率
该调节方式应用最为广泛，效率也最高，可用于异步电动机无级调速，经济效益显著，能够构成高性能的动态交流调速系统，相比较而言是发展前途最大的调节方法。电动机制造完成，转差率和磁极对数就确定了，而转速与频率之间有着线性关系，因此在理论上该调节方式的调速范围可达到100%。由于这些优点变频调速方法在工程改造中得到广泛采用。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的一种理想的高效率、高性能的调速手段。其作用是通过改变电源频率来改变电机的转速，也就是通常所说的变频调速。
3 变频器的应用
3.1 变频调速
在实际工作，变频器已大量使用，参与控制率达90%以上，锅炉鼓、引风机、给水泵、除尘风机、空调送回风机、空压机、真空泵、电制冷等等动力设备均采用变频器启动及过程调速控制，采用DP网与PLC进行通讯控制。多年实际使用证明，变频调速已能完全满足生产各环节需求，且有诸多优点。使原来的机械调速转变成纯电气化的智能调速，这种调速方式不但降低了成本，而且保持了原来的机械性能。变频调速的具体特点：
3.1.1可实现高效、高精度无级调速，调速比可达到20：1，符合传动机械的要求；
3.1.2能够软启、软停，可以避免启动时产生的冲击电流对电网造成一定的破坏，启动功耗小，寿命长，可靠性高；
3.1.3不受电源频率的影响，可以实现多种控制，如：开环、闭环手动/自动控制；
3.1.4提高了电机的使用效率，功率因数随转速功率的增大而增大；
3.1.5内部的微控制器，可以实现一机多控，具有良好的经济效益；
3.1.6为电机提供了多种保护功能，有利于电机的安全运行；
结论
随着电子技术的日新月异，计算机辅助设计能力的大幅提升，变频器自身功率将更加完善，适应各种条件需求的变频器，将应运而生，专业化更强。但中、低压变频器的谐波干扰，将会作为重点，逐步降低。
参考文献：
[1]方大千，《变频器、软启动器及PLC实用技术问答》.人民邮电出版社出版发行.2007.10
[2]陈伯时，陈海慧，《电力电子技术》1999.第1期
[3]方大千，《实用电动机控制线路326例》.金盾出版社出版.2003
[4]丹佛斯VLT AutomationDrive FC 300 变频器操作手册
[5]西门子V10变频器操作说明书
论文作者:赵兰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/24
标签：变频器论文; 电路论文; 电压论文; 转速论文; 频率论文; 电机论文; 电动机论文; 《基层建设》2019年第3期论文;