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變頻器種類
變頻器種類
在介紹變頻器的種類時(shí)我們將遇到變頻器的分類方式的問(wèn)題。變頻器的分類可以有多種方式，例如可以按其主電路工作方式進(jìn)行分類，可以按其開關(guān)方式進(jìn)行分類，可以按其控制方式進(jìn)行分類，還可以按其用途進(jìn)行分類。下面就根據(jù)這幾種分類方法對(duì)變頻器進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，以使對(duì)變頻器尚不太熱悉的讀者能夠?qū)ψ冾l器有一個(gè)整體上的了解。
（1）按照主電路工作方式分類。當(dāng)按照主電路工作方式進(jìn)行分類時(shí)，變頻器可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器。電壓型變頻器的待點(diǎn)是將直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源，而電流型變頻器的特點(diǎn)則是將直流電流源轉(zhuǎn)換為交流電源。
1）電壓型變頻器。在電壓型變頻器中，整流電路或者斬波電路產(chǎn)生逆變電路所需要的直流電壓，并通過(guò)直流中間電路的電容進(jìn)行平滑后輸出；整流電路和直流中間電路起直流電壓源的作用。而電壓源輸出的直流電壓在逆變電路中被轉(zhuǎn)換為具有所需頻率的交流電壓。
在電壓型變頻器中，由于能量回饋給直流中間電路的電容，并使直流電壓上升，還需要有放電電路，以防止換流器件因電壓過(guò)高而被破壞。
2）電流型變頻器。在電流型變頻器中，整流電路給出直流電流，并通過(guò)中間電路的電抗將電流進(jìn)行平滑后輸出。整流電路和直流中間電路起電流源的作用，而電流源輸出的直流電流在逆變電路中被轉(zhuǎn)換為具有所需頻率的交流電流，并被分配給各輸出相后作為交流電流提供給電動(dòng)機(jī)。在電流型變頻器中，電動(dòng)機(jī)定子電壓的控制是通過(guò)檢測(cè)電壓后對(duì)電流進(jìn)行控制的方式實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于電流型變頻器來(lái)說(shuō)，在電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)的過(guò)程中可以通過(guò)將直流中間電路的電壓反內(nèi)的方式使整流電路變?yōu)槟孀冸娐?，并將?fù)載的能量回饋給電源。
由于在采用電流控制方式時(shí)可以將能量回饋給電源，而且在出現(xiàn)負(fù)載短路等情況時(shí)也更容易處理，電流利控制入式更適合于大容量變頻器，
電壓型變頻器和電流型變頻器主電路的結(jié)構(gòu)因其使用的換流器件的不同而有多種形式。關(guān)于這些電路的基本結(jié)構(gòu)，可以參考其他有關(guān)資料。
（2）按照開關(guān)力式分類。當(dāng)談到變頻器的開關(guān)方式時(shí)通常講的都是變頻器逆變電路的開關(guān)方式。而在按照逆變電路的開關(guān)方式對(duì)變頻器進(jìn)行分類時(shí)，則變頻器可以分為PAW控制方式，PWM控制方式和高載頻PWM控制方式二種。
1）PAM控制。PAM控制是Pulse Amplitude Modulation（脈沖振幅調(diào)制）控制的簡(jiǎn)稱，是一種在整流電路部分對(duì)輸出電壓（電流）的幅值進(jìn)行控制，而在逆變電路部分對(duì)輸出頻率進(jìn)行控制的控制方式。因?yàn)樵赑AM控制的變頻器中逆變電路換流器件的開關(guān)頻率即為變頻器的輸出頻率，所以這是一種同步調(diào)速力式。
由于逆變電路換流器件的開關(guān)頻率（以下簡(jiǎn)稱載波頻率）較低，在使用PAM控制方式的變頻器進(jìn)行調(diào)速驅(qū)動(dòng)時(shí)具有電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲小，效率高等待點(diǎn)。但是，由于這種控制人式必須向時(shí)對(duì)整流電路和逆變電路進(jìn)行控制，控制電路比較復(fù)雜。此外，這種控制方式也還具畝當(dāng)電功機(jī)進(jìn)行低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)波動(dòng)較大的缺點(diǎn)。
2）PWM控制。PWM控制是Pulse Amplitude Modulation（脈沖寬度調(diào)制）控制的簡(jiǎn)稱，是在逆變電路部分同時(shí)對(duì)輸出電壓（電流）的幅值和頻率進(jìn)行控制的控制方式。在這種控制方式中，以較高頻率對(duì)逆變電路的半導(dǎo)體開關(guān)元器件進(jìn)行開閉，并通過(guò)改變輸出脈沖的寬度來(lái)達(dá)到控制電壓（電流）的目的。
為了使異步電動(dòng)機(jī)在進(jìn)行調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠史加平滑，目前在變頻器中多采用正弦波PWM控制方式。所謂正弦波控制方式指的是通過(guò)改變PWM輸出的脈沖寬度，使輸出電壓的平均值接近于正弦波。這種控制方式也稱為SPWM控制。
采用PWM控制方式的變頻器具有可以減少高次諧波帶來(lái)的各種個(gè)良影響，轉(zhuǎn)矩波功小，而且控制電路簡(jiǎn)單，成本低等特點(diǎn)，是目前在變頻器中采用多的一種逆變電路控制方式；但是，該入式也具有當(dāng)載波頻率不合適時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲的缺點(diǎn)。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，在采用PWM控制方式的新型變頻器中都具有一個(gè)可以改變變頻器載波頻率的功能，以便使用戶可以根據(jù)實(shí)際需要改變變頻器的載波頻率，從而達(dá)到降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲的目的。
3）高載頻PWM控制。這種控制方式原理上實(shí)際是對(duì)PWM控制方式的改進(jìn)，是為了降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲而采用的一種控制方式。在這種控制方式中，載頻被提高到人耳可以聽到的頻率（10—20kHz）以上，從而達(dá)到降低電動(dòng)機(jī)噪聲的目的。這種控制方式主要用于低噪聲則的變額器，也將是今后變頻器的發(fā)展方向；由于這種控制方式對(duì)換流器件的開關(guān)速度有較高的要求、所用換流器件只能使用具有較高開關(guān)速度的IGBT或MOSFT等半導(dǎo)體元器件，目前在大容量變頻器中的利用仍然受到一定限制。但是，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，具有較高開關(guān)速度的換流，元器件的容量將越來(lái)越大，所以預(yù)計(jì)采用這種控制方式的變頻器也將越來(lái)越多。
PWM控制和高載頻PW M控制都屬于異步調(diào)速方式，即變頻器的輸出頻率不等于逆變電路換流器件的開關(guān)頻率。
（3）按照工作原理分類。當(dāng)按照下作原理對(duì)變頻器進(jìn)行分類時(shí)．按變頻器技術(shù)的發(fā)展過(guò)程可以分為V/f控制方式、轉(zhuǎn)差頻率控制方式和矢量控制方式三種。下面我們將分別介紹一下這三種控制方式的特點(diǎn)。
1）V/f控制變頻器。V/f控制是一種比較簡(jiǎn)單的控制方式。它的基本特點(diǎn)是對(duì)變頻器輸出的電壓和頻率同時(shí)進(jìn)行控制，通過(guò)使V/f（電壓和頻率的比）的值保持一定而得到所需的轉(zhuǎn)矩特性。采用V/f控制方式的變頻器控制電路成本較低，多用于對(duì)精度要求不太高的通用變頻器。
2）轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器。轉(zhuǎn)差頻率控制方式是對(duì)V/f控制的一種改進(jìn)。在采用這種控制方式的變頻器中，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度由安裝在電動(dòng)機(jī)上的速度傳感器和變頻器控制電路得到，而變頻器的輸出頻率則由電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與所需轉(zhuǎn)差頻率的和被自動(dòng)設(shè)定，從而達(dá)到在進(jìn)行調(diào)速控制的同時(shí)控制電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的目的。
轉(zhuǎn)差頻率控制是利用了速度傳感器的速度閉環(huán)控制，并可以在一定程度上對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，所以和V/f控制方式相比．在負(fù)載發(fā)熱較大變化時(shí)仍能達(dá)到較高的速度精度和具有較好的轉(zhuǎn)矩特性。但是，由于采用這種按制方式時(shí)需要在電動(dòng)機(jī)上安裝速度傳感器，并需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的特件調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差，通常多用于廠家電動(dòng)機(jī)，通用性較差。
3）矢量控制變頻器。矢量控制是20世紀(jì)70年代由西德Blaschke等人*提出來(lái)的對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的—種新的控制思想利控制技術(shù)，也是交流電動(dòng)機(jī)的一種理想的調(diào)速方法。矢量控制的基本思想是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流分為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量（勵(lì)磁電流）和與其相垂直的產(chǎn)生轉(zhuǎn)距的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流）計(jì)分別加以控制。出于在這種控制方式中必須同時(shí)控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流的幅佰和相依，即控制定于電流矢量，這種控制方式稱為矢量控制方式。
矢量控制方式使對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高性能的控制成為可能。采用矢量控制方式的交流調(diào)速系統(tǒng)不僅在調(diào)速范圍上可以與直流電動(dòng)機(jī)相匹放，而且可以直接控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。所以已經(jīng)在許多需要進(jìn)行精密控制的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
由于在進(jìn)行矢量控制時(shí)需要準(zhǔn)確地掌握對(duì)象電動(dòng)機(jī)的有關(guān)參數(shù)，這種控制方式過(guò)去主要用于廠家變頻器電動(dòng)機(jī)的控制。但是，隨著變頻調(diào)速理論和技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論在變頻器中的成功應(yīng)用，日前在新型矢量控制變頻器中已經(jīng)增加了自調(diào)整（Auto-tuning）功能。帶有這種功能的變頻器在驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動(dòng)地對(duì)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)并根據(jù)辨識(shí)結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)，從而使得對(duì)普通的異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行侖效的欠量控制也成為可能。
（4）按照用途分類。在上而介紹的變頻器分類方式中我們是按照變頻器的丁作原理對(duì)其進(jìn)行分類的，僅是，對(duì)于一個(gè)變頻器的用戶來(lái)說(shuō)，他關(guān)心更多的也可能足變頻器的用途而不是其工作原理。廠面，我們介紹一下按照用途對(duì)變頻器進(jìn)行分類時(shí)變頻器的種類。
當(dāng)按照用途對(duì)變頻器進(jìn)行分類時(shí)變頻器可以分為以下幾種類型。
1）通用變頻器。顧名思義，通用變頻器的特點(diǎn)是其通用件。這里通用件指的是通用變領(lǐng)器可以對(duì)普通的異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)需要的不斷擴(kuò)大，通用變頻器也在朝著兩個(gè)方向發(fā)展：低成本的簡(jiǎn)易型通用變頻器和高性能多功能的通用變頻器。這兩類變頻器分別具有以下特點(diǎn)。
簡(jiǎn)易型通用變頻器是一種以節(jié)能為主安目的而削減了一些系統(tǒng)功能的通用變頻器。它主要應(yīng)用于水泵、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)等對(duì)系統(tǒng)的調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)所，并具有體積小，價(jià)格低等方面的優(yōu)勢(shì)。
高性能多功能通用變頻器在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮了在變頻器應(yīng)用匯總可能出現(xiàn)的各種需要，并為滿足這些需要在系統(tǒng)軟件和硬件方面都做了相應(yīng)的淮備。在使用時(shí)，用戶可以根據(jù)負(fù)載特性選擇算法并對(duì)變頻器的各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，也可以根據(jù)系統(tǒng)的需要選擇廠家所提供的各種選件來(lái)滿足系統(tǒng)的持殊需要。高性能多功能變頻器除了可以應(yīng)用于簡(jiǎn)易型變頻器的所有應(yīng)用領(lǐng)域之外，還廣泛應(yīng)用于傳送帶、升降裝置以及各種機(jī)床、電動(dòng)車輛等對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的性能和功能有較高要求的許多場(chǎng)合。
過(guò)去，通用型變頻器基本上采用的是電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的V/f控制方式，與采用轉(zhuǎn)矩矢量控制方式的高性能變頻器相比，在轉(zhuǎn)矩控制性能方面要差一些。但是，隨著坐頻器技術(shù)的發(fā)展和變頻器參數(shù)自整的實(shí)用化，目前一些廠家已經(jīng)推出了采用矢量控制方式的高性能多功能通用變頻器，以適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的變頻器市場(chǎng)的需要。這種高件能多功能通用變頻器在性能上已經(jīng)接近過(guò)去的高性能矢量控制變頻器，在價(jià)格方面卻與過(guò)去采用V/f控制方式的通用變頻器基本持平。因此，可以相信，隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，今后變頻器的性能價(jià)格比將會(huì)木斷提高。
2）高性能變頻器。隨著控制理論，交流調(diào)速理論和電力電子技術(shù)的發(fā)展，異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制方式得到了充分地重視和發(fā)展，采用矢量控制方式高性能變頻器和變頻器電動(dòng)機(jī)所組成的調(diào)速系統(tǒng)在性能上已經(jīng)達(dá)到和越過(guò)了直流伺服系統(tǒng)。
此外，由于異步電動(dòng)機(jī)還具有對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、維護(hù)簡(jiǎn)單許多直流伺服電動(dòng)機(jī)所不具備的優(yōu)點(diǎn)，在許多需要進(jìn)行高速高精度控制的應(yīng)用中這種高性能交流調(diào)速系統(tǒng)正在逐步替代直流伺服系統(tǒng)。
同通用變頻器相比，高性能變頻器基本上采用矢量控制方式，而驅(qū)動(dòng)對(duì)象通常是變頻器廠家電動(dòng)機(jī)，并且主要應(yīng)用于對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制性能要求較高的系統(tǒng)。此外，高性能變頻器往往是為了滿足某些特定產(chǎn)業(yè)或區(qū)域的需要，使變頻器在該區(qū)域中具有的性能價(jià)格比而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的。例如，在機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)高性能變頻器中，為了便了和數(shù)控裝置配合完成各種工作，變頻器的主電路、回饋制動(dòng)電路和各種接口電路等被做成一體，從而達(dá)到了縮小體積和降低成本的要求。而在纖維機(jī)械驅(qū)動(dòng)方向，為了便于大系統(tǒng)的維修保養(yǎng)，變頻器則采用了可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行拆裝的盒式結(jié)構(gòu)。
3）高頻變頻器。在超精加工和崗性能機(jī)械區(qū)域中常常要用到高速電動(dòng)機(jī)。為了滿足這些高速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的需要，出現(xiàn)了采用PAM控制方式的高速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用變頻器。這類變頻器的輸出頻率可以達(dá)到3kHz，所以在驅(qū)動(dòng)兩極異步電動(dòng)機(jī)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以達(dá)到18000r/min。
4）單相變頻器和三相變頻器。交流電動(dòng)機(jī)可以分為單相交流電動(dòng)機(jī)和二相交流電動(dòng)機(jī)兩種類型，與此相對(duì)應(yīng)，變頻器也分為單相變頻器和三相變頻器。二者的工作原理相同，但電路的結(jié)構(gòu)不同。
變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的特性參數(shù)及電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)要求，對(duì)提供給電動(dòng)機(jī)的電壓、電流、頻率進(jìn)行控制以達(dá)到負(fù)載的要求，因此，即便變頻器的主電路一樣，逆變器件相同，單片機(jī)的位數(shù)也一樣，只是控制方式不一樣，其控制效果就不一樣。所以控制方式是很重要的，它代表變頻器的水平。