变频器原理与应用
一、 三相异步电动机电动机工作原理
二、 三相异步电动机的调速方法
1、变极对数调速方法
这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下：
1、 具有较硬的机械特性，稳定性良好；
2、 无转差损耗，效率高；
3、 接线简单、控制方便、价格低；
4、 有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；
5 、可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。 本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
（二）电磁转差离合器：
1 ．组成：
、
电磁转差离合器由电枢和磁极两部分组成，它们之间无机械联系，可自由转动
只在磁路上通过气隙形成一体。
2 ．工作原理： 励磁绕组不通过直流励磁电流时，磁极不会转动，相当于接在从动轴上的生产机械与主动轴“分离”；一旦通上电流，磁极就会转动，相当于生产机械与主动轴“结合”，起到离合器的作用，此作用通过电磁作用产生。磁极与电枢之间必须有转差才能产生电流和转矩，因此称为“电磁转差离合器”。其作用原理和感应电动机相似，所以又常把它和拖动它的感应电动机一起称为“滑差电机”。
异步电动机带着主动轴及电枢以 n1 的速度旋转；
当励磁绕组有励磁时，磁极与电枢之间出现磁场；
电枢运动切割磁力线，电磁感应产生涡流，涡流的磁场与磁极相互 吸引，使得磁极沿着电枢的旋转方向转动；
磁极带着从动轴。
电磁转差离合器调速系统，由作为原动机的笼型异步电动机、作为 调速装置的电磁转差离合器、及控制装置组成。为改善运行特性， 常加上测速反馈形成闭环控制系统。
3、变频调速方法
变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。其特点：
1、 效率高，调速过程中没有附加损耗；
2、 应用范围广，可用于笼型异步电动机；
3、 调速范围大，特性硬，精度高；
4、 技术复杂，造价高，维护检修困难。
本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。
三、 变频器的类型
变频器是对交流电动机实现变频调速的装置，将电网提供的恒压恒频交流电变换为变压变频交流电，对电动机实现无级调速。
交 - 交变频器：电网交流电被直接变成可调频调压的交流电，无明显的中间滤波环节，又称为直接变频器。
交 - 直 - 交变频器：先把电网交流电转换为直流电，经过中间滤波环节后，进行逆变而转换为变频变压的交流电，又称为间接变频器。
根据中间滤波环节，又分为：
电压型交 - 直 - 交变频器：电容滤波
电流型交 - 直 - 交变频器：电感滤波
以上三图都属于交 - 直 - 交电压型变频器：
c)图，因为电压幅值不可变，逆变器的调压靠改变电压输出脉冲的宽度来完成，就输出波形划分，属于脉冲宽度调制（ PWM ）。
a)图和b)图都有专门的调压装置调节输出电压的幅值，就输出波形划分，属于脉冲幅度调制方式（ PAM ）。
下图属交 - 直 - 交电流型变频器：
因为采用电感滤波，所以输出电流比较规则。
变频器的输出电力控制方法有PAM方式与PWM方式两种。 PAM(Pulse Amplitude Modulation)脉幅调制，由电源电压变换振幅而进行控制输出功率的方式，所以在变频器部位，只控制频率，变流器控制输出电压。如图 1.1所示依PAM电压调整时之输出电压波形，电压高和电压低的情形。
图 1.1 PAM电压调整
PWM脉宽调制 (Pulse-width Modulation)，在输出波形中作成多次之切割，经由改变电压脉冲宽度而达到输出电压之改变，如图1.2所示。依PWM变频器的电压调整原理，图(A)为三角载波与正弦波型的信号波。图(B)和图(C)为所对应之脉宽调制波形及输出信号波之振幅。振幅相同、脉波宽度不同。如信号波为正弦波则可获得调整变化之正弦波的输出波形。
四、交-直-交变频器的构成与工作原理
交－直－交型变频器的工作原理是借助微电子器件、电力电子器件和控制技术，先将工频电源经过二极管整流成直流电，再由电力电子器件把直流电逆变为频率可调的交流电源。其工作原理如下图所示。
交－直－交型变频器原理图
由图可知，变频器由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制回路组成。各部分的功能如下：
整流器 它的作用是把三相(或单相)交流电源整流成直流电。在SPWM变频器中，大多采用全波整流电路。大多数中、小容量的变频器中，整流器件采用不可控的整流二极管或者二极管模块。
逆变器 它的作用与整流器相反，是将直流电逆变为电压和频率可变的交流电，以实现交流电机变频调速。逆变电路由开关器件构成，大多采用桥式电路，常称逆变桥。在SPWM变频器中，开关器件接受控制电路中SPWM调制信号的控制，将直流电逆变成三相交流电。
控制电路 这部分电路由运算电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成，一般均采用大规模集成电路。
1、主电路
变频器主电路由三部分构成，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“滤波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。
（1） 整流器：最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。
（2）滤波回路：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滤波回路。
（3）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。
主电路说明如下：
⑴ 交-直部分
①
变频器原理与应用
一、 三相异步电动机电动机工作原理
二、 三相异步电动机的调速方法
1、变极对数调速方法
这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下：
1、 具有较硬的机械特性，稳定性良好；
2、 无转差损耗，效率高；
3、 接线简单、控制方便、价格低；
4、 有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；
5 、可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。 本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
（二）电磁转差离合器：
1 ．组成：
、
电磁转差离合器由电枢和磁极两部分组成，它们之间无机械联系，可自由转动
只在磁路上通过气隙形成一体。
2 ．工作原理： 励磁绕组不通过直流励磁电流时，磁极不会转动，相当于接在从动轴上的生产机械与主动轴“分离”；一旦通上电流，磁极就会转动，相当于生产机械与主动轴“结合”，起到离合器的作用，此作用通过电磁作用产生。磁极与电枢之间必须有转差才能产生电流和转矩，因此称为“电磁转差离合器”。其作用原理和感应电动机相似，所以又常把它和拖动它的感应电动机一起称为“滑差电机”。
异步电动机带着主动轴及电枢以 n1 的速度旋转；
当励磁绕组有励磁时，磁极与电枢之间出现磁场；
电枢运动切割磁力线，电磁感应产生涡流，涡流的磁场与磁极相互 吸引，使得磁极沿着电枢的旋转方向转动；
磁极带着从动轴。
电磁转差离合器调速系统，由作为原动机的笼型异步电动机、作为 调速装置的电磁转差离合器、及控制装置组成。为改善运行特性， 常加上测速反馈形成闭环控制系统。
3、变频调速方法
变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。其特点：
1、 效率高，调速过程中没有附加损耗；
2、 应用范围广，可用于笼型异步电动机；
3、 调速范围大，特性硬，精度高；
4、 技术复杂，造价高，维护检修困难。
本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。
三、 变频器的类型
变频器是对交流电动机实现变频调速的装置，将电网提供的恒压恒频交流电变换为变压变频交流电，对电动机实现无级调速。
交 - 交变频器：电网交流电被直接变成可调频调压的交流电，无明显的中间滤波环节，又称为直接变频器。
交 - 直 - 交变频器：先把电网交流电转换为直流电，经过中间滤波环节后，进行逆变而转换为变频变压的交流电，又称为间接变频器。
根据中间滤波环节，又分为：
电压型交 - 直 - 交变频器：电容滤波
电流型交 - 直 - 交变频器：电感滤波
以上三图都属于交 - 直 - 交电压型变频器：
c)图，因为电压幅值不可变，逆变器的调压靠改变电压输出脉冲的宽度来完成，就输出波形划分，属于脉冲宽度调制（ PWM ）。
a)图和b)图都有专门的调压装置调节输出电压的幅值，就输出波形划分，属于脉冲幅度调制方式（ PAM ）。
下图属交 - 直 - 交电流型变频器：
因为采用电感滤波，所以输出电流比较规则。
变频器的输出电力控制方法有PAM方式与PWM方式两种。 PAM(Pulse Amplitude Modulation)脉幅调制，由电源电压变换振幅而进行控制输出功率的方式，所以在变频器部位，只控制频率，变流器控制输出电压。如图 1.1所示依PAM电压调整时之输出电压波形，电压高和电压低的情形。
图 1.1 PAM电压调整
PWM脉宽调制 (Pulse-width Modulation)，在输出波形中作成多次之切割，经由改变电压脉冲宽度而达到输出电压之改变，如图1.2所示。依PWM变频器的电压调整原理，图(A)为三角载波与正弦波型的信号波。图(B)和图(C)为所对应之脉宽调制波形及输出信号波之振幅。振幅相同、脉波宽度不同。如信号波为正弦波则可获得调整变化之正弦波的输出波形。
四、交-直-交变频器的构成与工作原理
交－直－交型变频器的工作原理是借助微电子器件、电力电子器件和控制技术，先将工频电源经过二极管整流成直流电，再由电力电子器件把直流电逆变为频率可调的交流电源。其工作原理如下图所示。
交－直－交型变频器原理图
由图可知，变频器由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制回路组成。各部分的功能如下：
整流器 它的作用是把三相(或单相)交流电源整流成直流电。在SPWM变频器中，大多采用全波整流电路。大多数中、小容量的变频器中，整流器件采用不可控的整流二极管或者二极管模块。
逆变器 它的作用与整流器相反，是将直流电逆变为电压和频率可变的交流电，以实现交流电机变频调速。逆变电路由开关器件构成，大多采用桥式电路，常称逆变桥。在SPWM变频器中，开关器件接受控制电路中SPWM调制信号的控制，将直流电逆变成三相交流电。
控制电路 这部分电路由运算电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成，一般均采用大规模集成电路。
1、主电路
变频器主电路由三部分构成，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“滤波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。
（1） 整流器：最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。
（2）滤波回路：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滤波回路。
（3）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。
主电路说明如下：
⑴ 交-直部分
①